Рис. 20. Внешний вид клистрона.
анод — массивное медное кольцо с многочисленными цилиндрическими камерами (объемными резонаторами). Через узкие щели камеры сообщаются с пространством вокруг катода, где создается круговой поток электронов. Объемные резонаторы и есть колебательные контуры для сверхвысоких частот.
Частота колебаний, возникающих в резонаторах, определяется их размерами. Электроны, которые движутся вблизи щелей анода, возбуждают в резонаторах колебания и отдают при этом свою энергию. Потеря энергии приводит к уменьшению скорости. Поток электронов уплотняется. Можно подобрать резонаторы определенного размера, величину магнитного поля и напряжения, так что участки уплотненного электронного потока будут пролетать мимо щелей резонаторов как раз в те мгновения, когда поток передает энергию колебаниям объемного контура. Таким образом, электронный поток поддерживает эти колебания, и они становятся незатухающими.
В магнетронах удается получать колебания сверхвысоких частот с длиной волны до 0,5 см. Впервые магнетроны были применены на радиолокационных станциях, и до сих пор без них не обходится ни один радиолокатор.
Другой прибор для генерирования ультракоротких волн — клистрон (рис. 20). Этот
Рис. 21. Внешний вид радиолампы бегущей волны.
генератор менее мощный, чем магнетрон, но он тоже объединяет в себе функции лампы и контура. Колебания в резонаторе клистрона, как и в магнетронной системе, поддерживаются потоком электронов неодинаковой плотности. Но поток здесь не кольцевой, а прямолинейный. Электроны излучаются катодом в одном направлении, ускоряются электродом и пролетают мимо резонаторов.
Наиболее часто применяется так называемый отражательный клистрон. В нем поток электронов, разделенный резонатором на зоны
уплотнения и разрежения, встречает на своем пути электрод, заряженный отрицательно, и, отразившись от него, направляется обратно к резонатору.
Третья группа ламп нового типа — это лампы бегущей волны (рис. 21) и лампы обратной волны. Они широко применяются для диапазона сантиметровых волн. Принцип их работы основан на, взаимодействии магнитного поля и электронного потока. Электромагнитное поле распространяется, как известно, со скоростью света. Электронам же и при напряжениях в несколько тысяч вольт можно сообщать лишь одну десятую скорости света. Поэтому, чтобы заставить взаимодействовать магнитное поле и электронный поток, нужно уменьшить скорость распространения электромагнитной волны до скорости электронного потока.
Но скорость движения поля не затормозишь. Инженеры нашли выход, они заставили поле проходить от «входа» до «выхода» более длинный путь, чем путь электронов.
Лампа бегущей волны похожа на длинную пробирку с цоколем. Вдоль нее проложена спираль, по которой движется электромагнитная волна. Вместе с волной вокруг витков спирали обегает и электромагнитное поле. А пучок электронов движется внутри спирали вдоль ее Оси. Поле перемещается к выходу во столько раз медленнее, во сколько раз длина провода одного витка больше шага спирали.
Когда сигнал, т. е. электромагнитное колебание, идет по спирали, он воздействует на равномерный поток электронов, перегруппировывая в нем электроны по их скоростям. Сгруппированный поток, продвигаясь вдоль оси спирали, в свою очередь воздействует «в такт» на электромагнитное поле, отдавая ему энергию. По мере продвижения по спирали поле непрерывно усиливается, и, если спираль лампы достаточно длинна, выходное напряжение значительно превысит входной сигнал.
Лампы бегущей волны могут усиливать волны длиной от 20 и до 3 см, на что не способны радиолампы никаких других типов. Применяя такие лампы, можно построить генератор, который сможет перестраиваться в широком диапазоне частот.
Этими тремя типами ламп в основном и ограничиваются электровакуумные приборы, работающие в диапазоне сверхвысоких частот. Самые короткие волны 0,5—2 см нельзя усилить даже лампами бегущей волны, но их можно генерировать магнетронами и клистронами.
236