За экраном радиолокатора

На передней панели индикатора основное место занимает экран электронно-лучевой трубки. Это баллон воронкообразной формы с длинным горлом. Круглое, широкое дно баллона и служит экраном.

В горловине трубки размещается «прожектор». Он состоит из ряда электродов. Как и в других лампах, для получения электронов

Устройство электронно-лучевой трубки.

служит катод, накаливаемый подогревной нитью. Рядом с ним, почти окружая его, расположен управляющий электрод — заряженный отрицательно цилиндр с небольшим отверстием в торцевой стенке (см. рисунок). Отталкиваемые от стенок электроны выходят из отверстия тонким пучком. Электронный луч трубки служит своеобразным «карандашом», который вычерчивает на экране получаемые сведения. Значит, необходимо сделать «карандаш» острым и ярким. Для этой цели надо хорошо сфокусировать электронный пучок, придать электронам достаточно большую скорость. Все это и входит в обязанности «прожектора».

Вышедший из отверстия управляющего электрода пучок электронов встречает на своем пути аноды. Их может быть, например, два. Первый анод своим высоким положительным зарядом разгоняет электроны. Достаточно узкому лучу, обладающему большой скоростью, удается проскочить мимо анода. Далее путь прегражден вторым анодом. Он обычно шире первого, имеет еще больший положительный заряд. Структура электрического поля между анодами такова, что оно приобретает свойства электронной «линзы», под воздействием которой луч сжимается. Подбирая заряд этого анода, обычно регулируют преломляющее действие «линзы», {85} фокусируют поток электронов. После второго анода скорость пучка еще более возрастает. Теперь электронный «карандаш» можно считать окончательно сформированным.

Электрически заряженные цилиндры — не единственный способ фокусировки луча. Применяются и электронно-лучевые трубки с магнитными «линзами». Это вполне естественно, если вспомнить, что движущийся электрон становится также носителем магнитного поля. Помещая горловину трубки в катушку, создающую соответствующее магнитное поле, можно добиться хорошей фокусировки. При этом конструкция самой трубки упрощается.

Так устроен прожектор электронов. Теперь необходимо выяснить, как и почему светится экран.

Электронный луч, сфокусированный в точку, которая расположена в плоскости экрана, как бы упирается в него своим «острием». Известно, как проявляет себя поток быстролетящих электронов. Аноды работающих ламп становятся красными от «бомбардировки», которой они подвергаются. То же происходит и на экране. Только для большей эффективности стекло покрывается с внутренней стороны специальными светящимися веществами. Под воздействием электронного луча на экране появляется светящаяся точка. В зависимости от состава покрытия она может быть белой, зеленой, голубой, желтой и т. п.

Но как долго держится на экране «рисунок», созданный потоком электронов? Ведь антенна радиолокатора только что «смотрела» в одну сторону, а через секунду уже в другую. Выходит, что о длительности свечения экрана надо специально позаботиться.

Пусть, например, антенна неподвижна. Тогда экран радиолокатора может быть безинерционным. Это значит, что светящаяся точка существует на нем до тех пор, пока продолжается электронная бомбардировка. В этом случае, если повторять одно и то же изображение не менее 16—20 раз в секунду, глаз оператора не заметит мельканий. Для него на экране будет постоянная картина, меняющаяся вместе с изменением окружающей обстановки.

Иначе обстоит дело в случае кругового обзора. Антенна, медленно вращаясь, постепенно «обозревает» все направления. Если использовать безинерционный экран, то, как только антенна изменит направление, пропадет и старое изображение. Как же сохранить на экране общую картину? Для этого надо изготовить экран, обладающий такой инерцией, чтобы изображение было видно в течение одного оборота антенны. В этом случае перед глазами оператора все время будет полная картина окружающей обстановки.

В зависимости от способа обзора приходится пользоваться и различными экранами.

Нам осталось выяснить, как управляется поток электронов в электронно-лучевой трубке.

Заставим электронный поток, покинувший прожектор, т. е. окончательно сформированный, проходить между двумя плоскими {86} горизонтальными пластинами. Пусть эти пластины, второй анод и покрытая проводящим слоем внутренняя часть трубки, примыкающая к экрану, находятся под одинаковым напряжением. Электронный луч располагается в центре трубки и создает в центре экрана небольшое светлое пятнышко — «зайчик». Но стоит сообщить пластинам небольшую разность зарядов, т. е. создать местное электрическое поле, перпендикулярное направлению движущихся электронов, как траектория луча изменится. Притянутый к более положительной пластине, луч передвинет «зайчик» на экране. Переходя из одного положения в другое, он «прочертит» вертикальную линию. С какой бы закономерностью ни меняли мы разность зарядов на горизонтальных пластинах,— с той же закономерностью будет «прочерчивать» линию и светящаяся точка. Вот почему даже очень быстрые электрические процессы, самые кратковременные импульсы напряжения можно отчетливо наблюдать на экране трубки.

С помощью горизонтальных пластин можно смещать луч по вертикали, но этого недостаточно. Сплошная вертикальная линия мало расскажет нам о характере напряжения, приложенного к пластинам. Чтобы «развернуть» изображение, определить его характер, надо воспользоваться еще одной парой пластин, на этот раз вертикальных. Используя два взаимно перпендикулярных электрических поля, можно поместить «зайчик» в любом месте экрана — воспроизвести сигнал любой формы.

Вместо отклоняющих пластин внутри трубки можно применить расположенные снаружи катушки. В таких трубках удается получить более четкое изображение, а сами трубки оказываются короче, проще в изготовлении.

Управлять электронным лучом можно, не только отклоняя его, но и меняя яркость пятна. Именно различные яркости пятна и создают на телевизионном экране самые разнообразные изображения. Регулирование яркости пятна осуществляется путем изменения отрицательного заряда на управляющем электроде. При достаточно большом заряде электроны вообще не выходят из его отверстия. С уменьшением заряда количество выходящих электронов возрастает, интенсивность луча увеличивается.

«Пила»

Электронно-лучевая трубка — замечательный прибор, венчающий работу сложного механизма радиолокационной станции. Вообразим, что он в нашем распоряжении, и две пары отклоняющих пластин ждут управляющих сигналов — приготовились к приему двух различных «рисующих» напряжений.

Необходимо измерить дальность до каждого обнаруженного объекта, т. е. измерить отрезки времени с момента излучения зондирующего импульса до поступления в приемник соответствующих отраженных сигналов. Значит эхо-сигналы высокочастотной энергии, принятые и усиленные приемником, превращенные им в {87} своего рода электрические «всплески»,— вот первое из «рисующих» напряжений. Что оно собой представляет?

Прежде всего изобразим зондирующий импульс. Во время посылки этого импульса какая-то частица его энергии проникает в приемник. Это первый принятый сигнал, сигнал нулевой дальности, отмечающий на экране радиолокатора положение самой станции. Затем через некоторое время придет первый эхо-сигнал. Изобразим его правее, на расстоянии, которое в определенном масштабе показывает действительное положение цели. Так, импульс за импульсом мы изобразим все отраженные сигналы. В соответствии с силой одни импульсы будут больше, другие меньше.

Все это надо изобразить очень быстро. Мы располагаем для этого лишь одной тысячей микросекунд (пусть таким будет период

В промежутке между зондирующими импульсами приходят эхо-сигналы, располагаясь один за другим соответственно времени их приема.

повторения). Затем радиолокатор отправит второй зондирующий импульс, картина начнет повторяться. Вслед за самым дальним эхо-сигналом снова придется изобразить зондирующий импульс, далее — первый эхо-сигнал и т. д. Так, каждые тысячу микросекунд будет повторяться интересующая нас «серия» электрических импульсов.

Совершенно естественно, что изображение такой серии импульсов на экране вполне удовлетворило бы нас. Измеряя расстояние от зондирующего импульса до любой цели, зная заранее масштаб изображения, мы сразу бы называли действительные расстояния. Значит, к этому и надо свести работу трубки.

Электрические «всплески», в которые превращаются порции электромагнитной энергии,— это импульсы напряжения. Они поступают в определенном порядке с приемника и подаются на вертикально отклоняющие пластины трубки. Каждый такой импульс вызовет отклонение электронного луча (предположим, вверх). Чем больше импульс напряжения, тем больше и отклонение. За тысячу микросекунд каждая цель просигнализирует, таким образом, о своем существовании. Каждую тысячу микросекунд эта сигнализация будет повторяться. Но бесполезность ее очевидна. Все эти интересные сведения превратятся в сплошную вертикальную линию. Для того чтобы расшифровать их, развернуть изображение, необходимо заставить электронный луч одновременно двигаться горизонтально. Тогда каждый «всплеск» напряжения оставит собственное изображение, «нарисует» сам себя на вполне определенной точке экрана, соответствующей времени его появления. {88}

Для того чтобы ни одна из возможных целей не оказалась потерянной, электронный луч должен совершить свой переход от левого края экрана до правого за тысячу микросекунд. Затем он должен моментально вернуться обратно и вместе с новой партией тех же импульсов повторить свое движение. Так, 1000 раз в секунду будет повторяться и исчезать рисунок серии импульсов на экране. Человеческий глаз, разумеется, этого не заметит. Для него это будет постоянное изображение. Не спеша возьмет оператор линейку (пока читатель не знает других способов считывания показаний), измерит расстояние до намеченной цели, переведет его в километры.

Теперь мы знаем, по какому закону должен совершать горизонтальное перемещение электронный луч трубки. Каким же должно быть соответствующее ему второе из «рисующих» напряжений?

Пилообразное напряжение горизонтальной развертки.

Для того чтобы луч в течение периода повторения (в нашем примере 1000 микросекунд) перемещался вдоль экрана, необходимо все это время увеличивать напряжение между вертикальными пластинами. Затем, чтобы вернуть его в первоначальное положение, придется снять напряжение. Так, сравнительно медленно увеличиваясь и быстро спадая, напряжение (изображенное вдоль шкалы времени) будет напоминать по форме зубья пилы. Поэтому и развертка по горизонтали с помощью такого напряжения называется пилообразной. Схема, создающая напряжение такой формы, работает согласованно с передатчиком. Вообще согласование действия во времени — это характерная черта всех приборов радиолокатора. Получается впечатление, что они работают в едином электрическом ритме. Одновременно с мощным импульсом напряжения, «включающим» в работу магнетрон, специальный импульс запускает генератор пилообразного напряжения. Поэтому каждому новому периоду повторения строго соответствует «зуб» пилообразного напряжения.

Импульсы от обнаруженных объектов могут располагаться в любой части экрана. Слева, рядом с зондирующим импульсом, в середине и, наконец, у правого края экрана — в зависимости от действительного положения цели. Определяя дальность до любой из них, оператор пользуется одним и тем же масштабом. Это верно лишь при условии, что электронный луч смещается по горизонтали абсолютно равномерно, с постоянной для всего периода скоростью. Такая равномерность тесно связана с формой «пилы». {89}

Если напряжение между пластинами изменяется пропорционально времени, по линейному закону, то и луч будет смещаться равномерно, различным расстояниям будут соответствовать пропорциональные отрезки на экране.

Читателя может удивить, зачем понадобилось специально говорить о форме пилы, об ее линейности. Нарисовали зубья правильной формы и достаточно. Но это не так. Получение такого линейного напряжения представляет собой известные трудности.

Пусть обыкновенный конденсатор, сопротивление и батарея соединены в пока еще разомкнутую электрическую цепь. Параллельно конденсатору подключим также разомкнутый выключатель. Проследим поведение нашей схемы. Прежде всего включим батарею. Через сопротивление и конденсатор потечет ток. Конденсатор начнет накапливать электричество, заряжаться. Сначала этот процесс идет быстро, увеличивается заряд, возрастает напряжение. Но емкость конденсатора ограничена. С его наполнением уменьшается зарядный ток, уменьшается и скорость возрастания напряжения. Не будем ждать, пока конденсатор зарядится полностью, а зарядный ток совсем прекратится. Замкнем второй выключатель. Конденсатор моментально разрядится. Получив легкий доступ друг к другу, положительный и отрицательный заряды сразу же взаимно нейтрализуют себя. До тех пор, пока выключатель будет оставаться в этом положении, электрические заряды, гонимые батареей, будут обходить конденсатор. Но стоит разомкнуть выключатель, как на пластинах конденсатора вновь начнет повышаться напряжение.

Если такой мгновенный разряд конденсатора осуществляется в конце каждого периода повторения, то напряжение на пластинах может быть использовано для развертки. Правда, пока оно еще не линейно, но об этом мы позаботимся потом. Остается сконструировать выключатель. Он должен быть особой «конструкции», успевать делать 1000 включений в секунду (для нашего случая). Только электронная лампа способна выдержать этот невероятно высокий темп работы.

Подключим параллельно конденсатору триод (анод к одной пластине, катод к другой). Если лампа открыта, т. е. электронный «мост» существует, то заряды не удержатся на пластинах конденсатора. Если, наоборот, лампа заперта, то можно даже выбросить ее из схемы — ничего от этого не изменится. Так, управляемая напряжением на сетке лампа становится выключателем.

Мы. уже говорили о специальном импульсе, запускающем генератор пилообразного напряжения. Пусть одновременно с его появлением специальная схема начнет вырабатывать отрицательный импульс с длительностью, почти равной периоду повторения. Такое напряжение на сетке запрет нашу лампу-ключ почти на весь период. В это время напряжение на конденсаторе будет нарастать. Затем ненадолго лампа откроется, разрядит конденсатор и с началом нового периода опять закроется новым импульсом. Начнет {90} формироваться и новый «зуб». Так, период за периодом будет создаваться пилообразное напряжение.

Выбирая величину емкости и сопротивления цепи, можно растягивать и сокращать время заряда конденсатора. Так, если емкость велика, а величина сопротивления не позволяет заряжать конденсатор большим током, то на заряд может понадобиться много времени. Пусть заданный период развертки составляет малую часть этого времени, тогда за период конденсатор будет заряжен

Одна из простейших схем генератора пилообразного напряжения.

лишь немного. Но ведь в начальной стадии заряд происходит более линейно, а это как раз то, что нам нужно. Значит, увеличивая емкость и сопротивление, мы повысим линейность и, следовательно, точность отсчета дальности. Если же и этого окажется недостаточно, то придется применить специальные меры по спрямлению формы «зуба».