Знакомство с диапазоном УКВ

Если читателю, только что узнавшему об устройстве колебательного контура, показать генератор сверхвысокой частоты в радиолокаторе, он будет недоумевать. Ни катушки, ни конденсатора, ни соединительных проводов. Почему же их не видно? Почему

Образование объёмного колебательного контура

и как меняется внешний вид контуров и ламп при переходе к УКВ?

Известно, что для увеличения частоты колебаний надо уменьшать емкость конденсатора и индуктивность катушки. Но ведь если даже совсем размотать катушку, то все же останется кусочек проволоки, соединяющей пластины конденсатора; его индуктивность для очень высоких частот оказывается слишком большой.

В поисках выхода из этого затруднения были предложены объемные колебательные контуры. Они ничем не напоминали старые, а скорее были похожи на металлические пустотелые коробки прямоугольной, цилиндрической или более сложной формы. Один из таких «контуров» изображен на рисунке. Две круглые пластинки образуют небольшой конденсатор. Соединим их тонкой металлической скобой (это своеобразная катушка), и колебательный контур как будто готов. Но мы можем продолжать уменьшение индуктивности за счет подключения все новых скобок рядом с первой. В конце концов скобки соединятся в одну сплошную поверхность, по которой и будет происходить перезаряд конденсатора. Вся находящаяся в «контуре» энергия теперь сосредоточится внутри замкнутой полости, и контур станет объемным. С помощью таких замкнутых полостей можно получать очень высокие частоты. Потери энергии в этих «контурах» во много раз меньше, чем в обычных. {74}

Не только колебательным контурам, но и лампам пришлось приспособиться к переходу на ультракороткие волны. Сама конструкция обычных ламп богата «паразитными» собственными индуктивностями и емкостями. Это — индуктивности выводов электродов и емкости между ними. Для того чтобы по возможности избавиться от них, меняли конструкции ламп, утолщали, разводили в разные стороны выводы электродов. Наконец, появились лампы с дисковыми и цилиндрическими выводами. Такие лампы составляли уже одно целое с конструкцией контура — никаких соединительных проводов не было.

Лампы диапазона УКВ. а — лампа типа «желудь»; б — лампа маячкового типа.	Маячковая лампа с колебательной системой.

При попытке использовать обычные лампы в диапазоне УКВ оказалось, что электрон слишком «долго» летит от катода к аноду. Тысячную долю микросекунды тратит он на весь перелет — и это недопустимо много при усилении сверхвысоких частот.

Вспомните работу триода. Там сетка должна хорошо управлять электронным потоком. Стоит измениться заряду на сетке и немедленно изменится величина электронного потока. При этом можно смело сказать, что эти изменения в точности следуют «указаниям» сетки. Это происходит потому, что электроны пролетают весь свой путь в лампе исключительно быстро. За тысячную долю микросекунды заряд на сетке почти не успеет измениться. Значит, каждое его изменение «успеет» передаться потоку электронов на всем его протяжении.

Но верно ли все это? Для ответа на такой вопрос надо решить простую задачу. Пусть усиливаются колебания с частотой 1 мегагерц. Это значит, что на период полных изменений заряда сетки будет затрачиваться 1 микросекунда, т. е. в тысячу раз больше, чем нужно электрону для «перелета». Ясно, что во время «перелета» можно считать заряд сетки практически постоянным. {75}

Но как будет вести себя лампа, если потребуется управлять электронным потоком с частотой в 3000 мегагерц? Если воспользоваться приведенной на стр. 59 формулой, то станет ясно, что это соответствует волне 10 см. Ничего необычного в этой цифре нет.

На этот раз не считаться со временем пролета электронов нельзя. Период изменений заряда на сетке в три раза меньше, чем время, необходимое электронам для достижения анода. Не успеют электроны «вылететь» с катода под действием увеличившегося заряда, как он уже начнет уменьшаться и тормозить электроны. За время своего «перелета» электрон получит много противоречивых «приказаний». Электронный поток уже не будет однородным на всем своем протяжении. Он будет приносить в анодную цепь искаженные, неправильные сведения о сигнале на сетке. Правильная работа лампы будет нарушена.

Конечно, можно уменьшать расстояния между электродами. Так и поступали, пока это было возможно. Обыкновенная лампа, сохраняя принцип своей работы, изменялась внешне. Появились самые разнообразные лампы метрового и дециметрового диапазонов.

Но все эти конструктивные изменения не устраняли трудностей на сантиметровом диапазоне. Надо было найти новый принцип управления потоком электронов, сделать так, чтобы длительность пролета электронов от катода к аноду не ограничивала использования электронных приборов в области все более высоких частот. Эту задачу удалось решить. Появились и новые принципы и новые приборы — лампы. Теперь уже относительно длительный перелет электронов совершался с пользой для работы, а не во вред ей. Сам же контур стал составной частью ламп, а в некоторых из них исчез полностью.

К числу этих приборов относятся клистроны, лампы с бегущей волной, магнетроны.