§ 56. Передавачі ультракоротких хвиль (надвисоких частот).

Генерація електричних коливань надвисоких частот (більше 30 мггц) утруднюється через ряд причин. Із збільшенням частоти розміри котушки індуктивності зменшуються до одного витка, а ємність коливального контура складається з ємностей монтажу і електродів лампи. Такий контур має низьку добротність, внаслідок чого генератор з цим контуром має дуже малу величину к. к. д. або навіть зовсім не самозбуджується.

Крім того, на дуже високих частотах стає помітною інерція елек­тронів у лампі. При відносно низьких частотах час, за який електрон пролітає від катода до анода, незрівнянно менший за період коли­вань. Із збільшенням частоти, коли період зменшується до часток мікросекунди і стає сумірним з часом прольоту електрона, електрон­ну лампу вже не можна розглядати як безінерційний прилад.

При дуже високих частотах зміни напруги відбуваються так швидко, що електрони в лампі не встигають рухатись у фазі з на­пругою, тобто виникає зсув фаз між напругою і струмом.

Наявність зсуву фаз зменшує корисну потужність коливань, яку може віддати лампа коливальному контуру. Щоб зменшити шкідливий вплив інерції електронів, в діапазоні надвисоких частот використовують лампи, в яких зменшені відстані між електродами: лампи типу «жолудь», металокерамічні лампи та ін.

Для збільшення добротності коливальної системи замість зви­чайного контура із конденсатора і котушки використовують відрізки двопровідної лінії (рис. 152) довжиною в чверть хвилі ( ).

Щоб зменшити активний опір, провідники лінії виготовляють з товстих посріблених мідних трубок. Монтажний дріт повинен бути якнайкоротшим.

На частотах, більших за 300 мггц, добротність звичайної двопровідної лінії стає недостатньою, а тому як коливальні системи застосовують чвертьхвильові відрізки коаксіальної лінії. Великою перевагою коаксіальної системи є відсутність електромагнітного поля ззовні лінії, тому що всі електричні і магнітні силові лінії зосереджені у просторі між центральним і зовнішнім провідником.

В зв’язку із труднощами підсилення в цьому діапазоні генера- тори надвисоких частот працюють звичайно без потужних підси- лювачів.

§ 57. Магнетронний генератор.

На частотах, більших за 1000 мггц, найбільш поширеним гене­ратором електричних коливань є магнетронний гене­ратор, або скорочено магнетрон.

Найпростіший магнетрон складається з діода, вміщеного у маг­нітне поле між двома полюсами магніту, як це зображено на рис. 153. Магнітні силові лінії повинні бути паралельні нитці роз­жарення діода.

Рухаючись в сильному магнітному полі, електрони відхиля­ються від прямолінійного шляху і летять по траєкторіях, що мають вигляд петлі. Чим сильніша магнітна індукція, тим менший радіус петлі. Таким чином, електрони, рухаючись то до анода, то від нього, створюють коливальний процес всередині магнетрона. Коливання електронів індукують змінні струми в електродах магнетрона. Такі коливання називають циклотронними. Частота цикло­тронних коливань fгц залежить від напруженості магнітного поля Н ерстед і орієнтовно може бути обчислена за формулою f = 2 · 10⁶ Н .

Через нестабільність у роботі і малу величину коефіцієнта ко­рисної дії магнетрони з циклотронними коливаннями не набули по­ширення в радіотехніці.

В 1936 р. радянськими інженерами М. Ф. Алексєєвим і Д. Є. Маляровим була розроблена конструкція багаторезонаторного магнетрона, який є нині основним генератором потужних коливань у сантиметровому діапазоні радіохвиль.

На рис. 154 зображено переріз магнетрона, де як коливальні системи використовуються об’ємні циліндричні резонатори з вузь­кими щілинами.

Циліндричний резонатор з щілиною подібний до коливального контура (рис. 155), у якому ємність С дорівнює ємності між паралельними площинами щілини, а індуктивність L створюється циліндричною поверхнею резонатора. В масивному мід­ному аноді створюється кілька таких коливальних систем, розмі­щених навколо катода. Магнетрон вміщується між полюсами по­тужного магніту.

Електрони, що виходять з катода, рухаються по скрив­лених траєкторіях і, пролітаючи біля щілин об’ємних резонаторів, збуджують у них електричні коливання.

Збудження електронами коливань у резонаторах по­дібне до процесу виникнен­ня звукових коливань в аку­стичному резонаторі (рис. 156), над яким продувається струмінь повітря.

Енергія електричних коливань відводиться з магнетрона з до­помогою . витка зв’язку, що знаходиться в одному з резонаторів

Сучасні багаторезонаторні магнетрони мають величину к. к. д. до 70% і можуть розвивати на короткий час (при імпульсній робо­ті) потужність коливань надвисоких частот в кілька тисяч кіловат.

Спрощену схему імпульсної модуляції магнетрона зображено на рис. 157.

За відсутністю імпульсу на вході модуляторна лампа Л пов­ністю «заперта» великим негативним зміщенням U_С і конденсатор С через опір R і діод Д заряджається до повної анодної напруги. Поява імпульсу на вході «відкриває» лампу Л, внаслідок чого вся напруга конденсатора С стає прикладеною до магнетрона, і в ньому виникають коливання. Із закінченням імпульсу на вході припи­няються і коливання в магнетроні.

Багаторезонаторний магнетрон широко використовується в ра­діолокаційних передавачах сантиметрового діапазону.