Читать «Никола Тесла — повелитель молний. Научное расследование удивительных фактов.» онлайн - страница 90

Похоже, что все сводится к тому, что Тесла усиленно искал пути создания некоего подобия магнетрона! Получается, что именно этот прибор был неким «серым кардиналом» нашего повествования, проявляя свое присутствие в каждом рассказе! Значит, настало время присмотреться к этому замечательному устройству более внимательно.

Магнетрон состоит из анодного блока, который представляет собой, как правило, металлический толстостенный цилиндр с прорезанными в стенках полостями, выполняющими роль объемных резонаторов. Резонаторы образуют кольцевую колебательную систему.

На одной оси с анодным блоком закрепляется цилиндрический катод. Внутри катода закреплен подогреватель. Магнитное поле, параллельное оси прибора, создается внешними магнитами или электромагнитом. Для вывода СВЧ-излучения используется, как правило, проволочная петля, закрепленная в одном из резонаторов, или отверстие из резонатора наружу цилиндра. Резонаторы магнетрона представляют собой замедляющую систему, в них происходит взаимодействие пучка электронов и электромагнитной волны. Поскольку эта система в результате кольцевой конструкции замкнута сама на себя, то ее можно возбудить лишь на определенных видах колебаний, сдвинутых по фазе для соседних резонаторов. Отдельные модели магнетронов могут иметь различную конструкцию (рис. 71). Так, резонаторная система выполняется в виде резонаторов нескольких типов: щель-отверстие, лопаточные, щелевые и т. д.

_{Рис. 71. Современная РЛС с мощным магнетроном}

При включении магнетрона начинается эмиссия электронов из катода в область действия постоянного электрического поля между катодом и анодом, магнитного поля и электромагнитных волн. Сначала электроны движутся в скрещенном электрическом и магнитном поле по особым кривым — эпициклам, напоминающим движение точки на ободе катящегося колеса. При этом они генерируют электромагнитные колебания, усиливаемые резонаторами.

Электрическое поле возникшей электромагнитной волны может замедлять или ускорять электроны. Если электрон ускоряется полем волны, то радиус его циклотронного движения уменьшается и он отклоняется в направлении катода. При этом энергия передается от волны к электрону. Если же электрон тормозится полем волны, то его энергия передается волне, при этом циклотронный радиус электрона увеличивается и он получает возможность достигнуть анода. Поскольку электрическое поле «анод — катод» совершает положительную работу, только если электрон достигает анода, энергия всегда передается в основном от электронов к электромагнитной волне. Если средняя скорость вращения электрона вокруг анода совпадает с фазовой скоростью волны, то электрон может непрерывно находиться в тормозящей области, при этом передача энергии от электрона к волне наиболее эффективна. Такие электроны группируются в сгустки, напоминающие спицы, вращающиеся вместе с полем. Многократное, в течение нескольких периодов, взаимодействие электронов с высокочастотным полем в магнетроне обеспечивает высокий КПД и возможность получения больших мощностей.