www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Основы радиолокации

Открытие магнетрона

Рисунок 1. Модель анода магнетрона Халла

Рисунок 1. Модель анода магнетрона Халла

Рисунок 2. Модель щелевого магнетрона Хабана

Рисунок 2. Модель щелевого магнетрона Хабана

Рисунок 3. Модель многорезонаторного магнетрона Холлманна

Рисунок 3. Модель многорезонаторного магнетрона Холлманна

Рисунок 4. Модель многорезонаторного магнетрона, построенного Рэндаллом и Бутом

Рисунок 4. Модель многорезонаторного магнетрона, построенного Рэндаллом и Бутом

Открытие магнетрона

1921 Шведский физик Генрих Грейнахер (Heinrich Greinacher) попытался использовать диодную лампу с цилиндрическим анодом в магнитном поле, силовые линии которого параллельны оси анода, для измерения массы электрона. Попытка была неудачной из-за недостаточного уровня вакуума в лампе. Однако в ходе этого исследования Г. Грейнахером были разработаны математические модели, описывающие движение электронов в магнитных полях.

1921 Альберт В. Халл (Albert W. Hull), основываясь на результатах Г. Грейнахера, исследовал движение электронов под воздействием магнитного поля. Халлом была выявлена возможность управления потоком электронов при помощи изменяющегося магнитного поля. Работы Халла в этот период были направлены на поиск альтернативы триоду с сеточным управлением, разработанному компанией Western Electric. В результате Халлом были созданы образцы ламп с магнитным управлением и возможностью высокочастотным генерированием. Халл назвал этот новый электровакуумный прибор магнетроном (Рисунок 1).

1924 Использование магнетрона для генерирования высокочастотных колебаний независимо друг от друга исследовали Эрих Хабан (Erich Habann) в Йене (Германия) и Напсал Август Зазек (Napsal August Zázek) в Праге (Чехия).
Хабан корректно сформулировал условия возникновения отрицательного сопротивления, обеспечивающего компенсацию затухания, вызванного потерями в резонансной цепи. В отличие от Халла, Хабан использовал постоянное магнитное поле. Такой метод управления потоком электронов используется и в современных магнетронах. Ему удалось добиться генерирования колебаний на частотах около 100 МГц (Рисунок 2).
Зазек разработал магнетрон с цилиндрическим анодом, способный генерировать колебания с частотой до 1 ГГц.

1929 Происходит прорыв в генерировании волн сантиметрового диапазона. В этот период Киндзиро Окабе (Kinjiro Okabe) из университета Тхоку в Сендае (Япония) использовал магнетрон со щелевым анодом для работы на частоте 5,35 ГГц.

1935 Ханс Эрих Холлманн (Hans Erich Hollmann) подал заявку на патент на многорезонаторный магнетрон (Рисунок 3) в Германии 27 ноября 1935 года. Соответствующий патент США 2123728 был выдан 12 июля 1938 года, намного раньше результатов работ Джона Рэндалла (John Randall) и Генри Бута (Henry Boot) в феврале 1940 года.

1940 Двумя инженерами из университета в Бирмингеме, Джоном Рэндаллом (John Randall) и Генри Бутом (Henry Boot) создан многорезонаторный магнетрон. Они просто построили магнетрон с более чем четырьмя резонаторами (как в патенте Холлманна) для повышения эффективности генерирования высокочастотных колебаний (Рисунок 4). Затем опытный образец был улучшен, он получил восемь концентрических резонаторных полостей и водяное охлаждение. На его основе был построен относительно небольшой и легкий передатчик, обеспечивающий генерирование высокочастотных импульсов мощностью 15 кВт на частоте 3 ГГц. Радиолокаторы с такими передатчиками устанавливались на самолеты В-17.

Этот небольшой, но мощный радиолокатор обеспечивал существенное преимущество в борьбе с подводными лодками противника. Высокая (для того времени) частота радиолокатора определяла сравнительно невысокие размеры антенной системы и, в то же время, довольно высокую ее эффективность. Поскольку значение коэффициента усиления антенны обратно пропорционально квадрату длины волны, антенна тех же размеров, что и ранее, имела более выраженные направленные свойства. Ширина основного луча антенны обратно пропорциональна длине волны и поэтому такой радиолокатор (с меньшей длиной волны) обеспечивает более высокую точность измерения и разрешающую способность по угловым координатам.

Незадолго до оккупации Франции результаты исследований Генри Гаттона (Henry Gutton) об использовании в многорезонаторных магнетронах катодов из оксида бария были вывезены в Англию Морисом Понте (Maurice Ponte) из Общества беспроводной телеграфии. Эти результаты были использованы Рэндаллам и Бутом. Катоды из этого материала обладают более длительным сроком службы по сравнению с вольфрамовыми катодами, поскольку обеспечивают такую же эмиссию электронов при меньшей температуре накала.

Генри Тизард (Henry Tizard) был во главе британской делегации, которая доставила в Соединенные Штаты Америки полученные в Англии результаты. Это дало возможность развернуть массовое производство магнетронных ламп для военных нужд.

1942 В немецких радиолокационных устройствах в то время использовались клистроны, поскольку они имели лучшую стабильность частоты, чем магнетроны. Преимущества высокочастотного диапазона, в котором работали магнетроны, было обнаружено только под конец Второй мировой войны благодаря изучению захваченных образцов техники. Однако времени для реализации полученных данных уже не оставалось.


Sponsors: