Основи на радиолокацията

Исторически преглед на развитието на магнетроните

1921 Шведският физик Хайнрих Грейнахер (Heinrich Greinacher) се опитва да използва диодна лампа с цилиндричен анод в магнитно поле, чиито силови линии са успоредни на оста на анода, за да измери електронната маса. Опитът е неуспешен поради недостатъчен вакуум в тръбата. В хода на тези изследвания обаче г. Грейнахер разработва математически модели, описващи движението на електроните в магнитни полета.

1921 Алберт В. Хъл (Albert W. Hull), въз основа на резултатите на г. Грейнахер, изследва движението на електроните под въздействието на магнитни полета. Хъл открива възможността за контролиране на потока от електрони чрез промяна на магнитното поле. Работата на Хъл през този период е насочена към намиране на алтернатива на триода с мрежово управление, разработен от Western Electric. В резултат на това Хъл създава образци на магнитно управлявани лампи с възможност за генериране на висока честота. Хъл нарича това ново електровакуумно устройство магнетрон (фигура 1).

1924 Използването на магнетрон за генериране на високочестотни трептения е изследвано независимо от Ерих Хабан (Erich Habann) в Йена (Германия) и Напсал Аугуст Зазек (Napsal August Zázek) в Прага (Чехия).
Хабан правилно формулира условията за отрицателно съпротивление, което да компенсира затихването, причинено от загубите в резонансната верига. За разлика от Хъл, Хабан използва постоянно магнитно поле. Този метод за управление на потока електрони се използва и в съвременните магнетрони. Той успява да генерира трептения с честота около 100 MHz (Фигура 2).
Зазек разработва магнетрон с цилиндричен анод, способен да произвежда честоти до 1 GHz.

1929 Настъпва пробив в генерирането на сантиметрови вълни. През този период Кинджиро Окабе (Kinjiro Okabe) от Университета Току в Сендай, Япония, използва магнетрон с прорезен анод, който работи на 5,35 GHz.

1935 Ханс Ерих Холман (Hans Erich Hollmann) подава заявка за патент за многорезонаторен магнетрон (фигура 3) в Германия на 27 ноември 1935 г. Съответният американски патент 2123728 е издаден на 12 юли 1938 г., доста по-рано от резултатите от работата на Джон Рендал (John Randall) и Хенри Бут (Henry Boot) през февруари 1940 г.

1940 Двама инженери от Бирмингамския университет, Джон Рендал (John Randall) и Хенри Бут (Henry Boot), създават многорезонаторния магнетрон. Те просто конструират магнетрон с повече от четири резонатора (както в патента на Холман), за да увеличат ефективността на генериране на високочестотни трептения (фигура 4). След това прототипът е усъвършенстван, така че да има осем концентрични резонаторни кухини и водно охлаждане. Той е използван за изграждане на сравнително малък и лек предавател за генериране на високочестотни импулси с мощност 15 kW при 3 GHz. Радарите с такива предаватели са инсталирани на самолетите B-17.

Този малък, но мощен радар осигурява значително предимство срещу вражеските подводници. Високата (за онова време) честота на радара осигуряваше сравнително малък размер на антенната система и същевременно доста висока ефективност. Тъй като коефициентът на усилване на антената е пропорционален на квадрата на дължината на вълната, антената със същия размер, както преди, има по-изразени насочващи свойства. Широчината на основния лъч на антената е обратно пропорционална на дължината на вълната и следователно този радар (с по-къса дължина на вълната) предлага по-висока точност на измерване и ъглова разделителна способност.

Малко преди окупацията на Франция резултатите от изследванията на Хенри Гътън (Henry Gutton) за използването на катоди от бариев оксид в многорезонаторни магнетрони са пренесени в Англия от Морис Понте (Maurice Ponte) от Обществото за безжичен телеграф. Тези резултати са използвани от Рендал и Бут. Катодите от този материал имат по-дълъг живот от волфрамовите катоди, тъй като осигуряват същото излъчване на електрони при по-ниска температура на нажежаемата жичка.

Хенри Тизард (Henry Tizard) е начело на британската делегация, която пренася получените в Англия резултати в Съединените щати. Това дава възможност за масово производство на магнетронни тръби за военна употреба.

1942 Германските радарни устройства по това време използват клистрони, тъй като те имат по-добра честотна стабилност от магнетроните. Предимствата на високочестотния диапазон, в който работят магнетроните, са открити едва към края на Втората световна война чрез изследване на заловени образци. Въпреки това нямаше повече време за прилагане на констатациите.