Магнетрон

Так же как и в других лампах, в магнетроне источником электронов является катод. Это — расположенная в центре прибора трубка, своего рода ось прибора. Внутри нее проходит нить накала. Вокруг катода расположен цилиндрический анод. В массивном

Траектории электронов в магнетроне. а — при отсутствии магнитного поля; б — при малом поле; в — при сильном поле.

металлическом теле анода вырезаны пазы и отверстия, показанные на рисунке. Каждое такое отверстие с пазом (щель в стенке анода) представляет собой объемный контур. Снова можно представить себе щель как некоторый конденсатор, пластины которого соединены витком «катушки» — отверстия. Размеры отверстия и паза определяют и частоту тех колебаний, которые могут возникнуть в таком контуре.

Как и в других электронных приборах, между катодом и анодом создается электрическое поле. В таком виде магнетрон почти ничем не отличается от обычного диода. Для того чтобы «достроить» магнетрон, необходимо создать сильное магнитное поле, направленное вдоль оси прибора. Выброшенные катодом электроны станут теперь подчиняться действию двух перекрещивающихся полей: электрического и магнитного. Под влиянием электрического поля электроны стремятся кратчайшим путем достичь анода. Но как только электрон начинает двигаться, создаваемое им же магнитное поле превращает его в легчайший «магнитик». Под действием сильного внешнего магнитного поля траектория электрона изменяется. Он сворачивает с прямолинейного пути, начинает двигаться по кривой линии в плоскости, перпендикулярной оси прибора. {79}

Если магнитное поле достаточно сильно, то электрон не «упадет» на анод, а, пройдя вдоль него, повернет обратно к катоду. Но при правильной регулировке обоих полей электрон не вернется и на катод. Он как бы «рисует» петлю за петлей и начинает «вращаться» между катодом и анодом прибора. Такие движения совершает множество электронов. Все вместе они создают вращающееся кольцеобразное электронное облако. При этом нужно помнить, что не все электроны «вырисовывают» петли одинакового радиуса. Те из них, которые обладают большей кинетической энергией, труднее поддаются отклонению от своего прямолинейного пути, радиусы их петель больше.

Разрез современного магнетрона.

Двигаясь вдоль анода, вращающееся электронное облако возбуждает колебания объемных контуров. Так же как и в клистроне, происходит группировка электронов. Те из них, которые во-время «проходят» высокочастотное поле щели, тормозятся, отдают «контуру» свою энергию. Затем, «ослабевшие», они легко заворачиваются магнитным полем в обратном направлении, совершают новую петлю, набираются «сил» и вновь отдают энергию. В электронном облаке быстро «наводится порядок». Торможение и ускорение различных электронов разбивает их на группы, на отдельные электронные «пакеты». Если можно было бы разрезать работающий магнетрон поперек оси и разглядеть электроны, то общая картина, пожалуй, произвела бы впечатление вращающихся спиц колеса. При правильной регулировке прибора вращение электронных «пакетов» происходит с такой скоростью, что к каждой следующей щели они подходят во-время.

Электрические колебания возникают в каждом из «контуров» магнетрона. Все они связаны между собой внутренней полостью {80} прибора. Поэтому полученную в них энергию достаточно выводить хотя бы из одного объемного контура. Так и поступают. Во внутреннюю полость «контура» вводится проволочная петля либо штырь, связанный с волноводом, подводящим энергию к антенне. Петля либо штырь служат в данном случае как бы приемной антенной. Они «ловят» энергию прямо в объемном контуре и переправляют ее дальше по назначению.

Группирование электронного потока в магнетроне.

Как уже сказано, весь этот процесс «рождения» электромагнитной энергии сверхвысокой частоты продолжается недолго. Рабочие условия в магнетроне должны быть обеспечены лишь на время длительности импульса. Этого добиваются импульсным «питанием» магнетрона. Магнетрон, установленный в магнитное поле,

Магнетрон с магнитом.

с накаленным катодом еще не работает. Неоткуда черпать энергию электронам. Для включения его в работу надо создать между катодом и анодом высокое напряжение, но лишь на ничтожный промежуток времени — одну или несколько микросекунд. Если не выключить это напряжение, то магнетрон может «сгореть». Даже при импульсной работе приходится искусственно охлаждать анод (например, придавать ему специальные ребра, увеличивающие поверхность охлаждения, в конструкции, изображенной на рисунке стр. 80). Такой «анодной батареей», включающейся лишь на ничтожно короткий промежуток времени, служит специальный блок (отдельный прибор) радиолокатора — модулятор. В нем вырабатывается мощный импульс напряжения (не высокочастотных колебаний, а постоянного напряжения) необходимой длительности. Пока существует этот импульс, существуют и колебания в магнетроне. «Порция»-импульс высокочастотной энергии излучается передающей антенной в пространство.