Пред.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289 290 291 292 293 294 295 296 297 298 299 300 301 302 303 304 305 306 307 308 309 310 311 312 313 314 315 316 317 318 319 320 321 322 323 324 325 326 327 328 329 330 331 332 333 334 335 336 337 338 339 340 341 342 343 344 345 346 347 348 349 350 351 352 353 354 355 356 357 358 359 360 361 362 363 364 365 366 367 368 369 370 371 372 373 374 375 376 377 378 379 380 381 382 383 384 385 386 387 388 389 390 391 392 393 394 395 396 397 398 399 400 401 402 403 404 405 406 407 408 409 410 411 412 413 414 415 416 417 418 419 420 421 422 423 424 425 426 427 428 429 430 431 432 433 434 435 436 437 438 439 440 441 442 443 444 445 446 447 448 449 450 451 452 453 454 455 456 457 458 459 460 461 462 463 464 465 466 467 468 469 470 471 472 473 474 475 476 477 478 479 480 481 482 483 484 485 486 487 488 489 490 491 492 493 494 495 496 497 498 499 500 501 502 503 504 505 506 507 508 509 510 511 512 513 514 515 516 517 518 519 520 521 522 523 524 525 526 527 528 529 530 531 532 533 534 535 536 537 538 539 540 541 542 543 544 545 546 547 548 549 550 551 552 553 554 555 556 557 558 559 560 561 562 563 564 565 566 567 568 569 570 След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике ДЛЯ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ ЕСТЬ
ZADANIA.TO
§ 98. Радиолокация. Генерирование ультракоротких волн (клистроны и магнетроны)Отражение ультракоротких (метровых и сантиметровых) волн от препятствий, встретившихся на пути их прямолинейного, лучевого распространения (§ 91), используют в радиолокации для определения местоположения крупных предметов, скрытых в темноте, в тумане или за облаками. Радиолокационные передатчики и приемники [радиолокаторы], установленные на кораблях и самолетах, позволяют водителям кораблей и самолетов видеть на экране очертания незримого берега, рельеф местности, другие корабли и самолеты. В годы войны радиолокаторы сыграли большую роль при защите от внезапных нападений с моря и воздуха. Радиолокационные сигналы, подаваемые с аэродрома, предотвращают аварии при посадке самолетов в условиях плохой видимости. Сигналы радиомаяков помогают пилотам устанавливать правильный курс самолетов при полном отсутствии видимости 2). Высокая чувствительность радиолокационных приемников и большая мощность генераторов позволили еще в 1946 г. провести успешный опыт приемов сигналов, отраженных от поверхности Луны. Радиолокационные установки работают преимущественно на дециметровых и сантиметровых волнах. Антенны радиолокационных установок обеспечивают острую направленность излучения. Излучающая антенна служит вместе с тем и для приема отраженных волн. Излучение производится кратковременными импульсами: волны излучаются сериями продолжительностью каждая серия в миллионные доли секунды; одна серия излучаемых волн отделена от другой излучаемой серии паузой порядка тысячной доли секунды. Во время пауз производится прием отраженных волн. Мгновенная мощность излучаемых волн значительна (десятки и сотни киловатт), но так как продолжительность пауз в тысячи раз превышает периоды излучения, то в итоге средняя мощность радиолокационного передатчика невелика (десятки — сотни ватт). Передвижные радиолокаторы легко обнаруживают самолет или корабль на расстоянии десятков километров, а более мощные стационарные — на расстоянии
Рис. 456. Блок-схема радиолокатора. Прерывность работы генератора ультракоротких волн вызывается периодическими импульсами, которые вырабатываются хронизатором; эти импульсы служат также для развертки изображения в индикаторе. Основной частью индикатора является особая электронно-лучевая трубка. Электронный луч в ней развертывается по одному из направлений импульсами хронизатора (т. е. смещения луча пропорциональны времени, что соответствует для приема отраженных волн дальности предмета, отразившего волны). Прямая, по которой производится развертка электронного луча по времени (по дальности отразившего волны предмета), не остается на экране индикатора неподвижной, но перемещается, воспроизводя своими перемещениями поворотные движения направленной антенны радиолокатора. На управляющий электрод индикаторной трубки подается отрицательное постоянное напряжение такой величины, что электронный луч при отсутствии радиосигнала оказывается запертым и экран остается темным. Радиосигнал, создаваемый серией отраженных и вновь принятых радиолокатором волн, подвергается многократному усилению в приемнике, детектируется и подается на тот же вышеупомянутый электрод индикаторной трубки, где он создает положительный импульс напряжения. Это обеспечивает проникновение электронного луча к экрану, и на экране появляется светлое пятно, положение которого показывает дальность предмета, отразившего волны, и угол направления на этот предмет. В радиолокаторах, приспособленных для кругового обзора, электронный луч, следуя импульсам хронизатора, движется по радиусу экрана, и эта радиальная развертка по времени Благодаря неодинаковому отражению ультракоротких волн почвой и водой радиолокаторы позволяют отчетливо видеть береговую линию (рис. 457).
Рис. 457. Изображение береговой линии на экране радиолокатора. Черное — вода. Справа видна группа из 4 кораблей и 3 корабля в гавани. Для генерирования электрических колебаний ультравысоких частот в радиолокаторах применяют клистроны и магнетроны. В этих приборах колебательные контуры заменены объемными металлическими резонаторами (эндовибраторами), электроемкость и индуктивность которых мала, а поэтому частота собственных колебаний велика (рис. 458),
Рис. 458. Переход от резонансного контура к объемному резонатору. На рис. 459 представлена схема двухконтурного клистрона. В этой своеобразной электронной лампе имеются два объемных резонатора, обладающих вращательной симметрией относительно общей оси, вдоль которой происходит движение электронного пучка, создаваемого подогревным катодом. Ближайший к катоду резонатор называют группирователем, второй резонатор — улавливателем. Между этими двумя резонаторами, как бы заменяющими сеточный и анодный колебательные контуры, установлена обратная связь, осуществленная в виде коаксиальной линии
Рис. 459. Схема клистрона. Поэтому, если в некоторый момент времени электроны, проходящие это поле группирователя, получают большое ускорение, то в последующий момент времени другая группа электронов, пересекающая тот же резонатор, уже не получит этого ускорения. Таким образом, в пространстве дрейфа, где электроны движутся по инерции, сохраняя Неодинаковые скорости, полученные в группирователе, одна группа электронов будет нагонять другую группу. В связи с
Рис. 460. Диаграмма, поясняющая возникновение электронных сгустков в клистроне. этим на некотором расстоянии от группирователя будут периодически возникать повышенные концентрации электронного потока — «электронные сгустки». У правильно рассчитанных и хорошо сконструированных клистронов именно здесь, где происходят наиболее резкие изменения концентрации электронного потока, и помещается второй резонатор — улавливатель; в стенках его имеются отверстия, пропускающие электронный поток к электроду, замыкающему цепь, — к коллектору. Диаграмма, поясняющая движение электронов в пространстве между группирователем и улавливателем, представлена на рис. 460; тангенс угла наклона прямых в этой диаграмме указывает скорость, полученную электронами в группирователе; расстояние между прямыми характеризует концентрацию электронов в потоке. Очевидно, что электронные сгустка, пересекающие полость улавливателя, эквивалентны импульсам высокочастотного тока. Эти импульсы тока индуцируют в полости и в стенках улавливателя быстропеременную электродвижущую силу, т. е. возбуждают электромагнитные колебания, которые благодаря резонансу могут достигнуть большой интенсивности. По закону Ленца индуцированное поле в любой момент времени будет тормозить электроны; таким образом, некоторая часть той кинетической энергии, которая была сообщена электронам в ускорительном поле, преобразуется в улавливателе в энергию электромагнитных колебаний.
Рис. 461. Схема отражательного клистрона. Электромагнитные колебания в улавливателе передаются в волновод или же в двухпроводную линию, которая на рис. 459 обозначена словом «выход». Но часть энергии этих колебаний через линию обратной связи возвращается группирователю, что и обеспечивает (при правильном расчетном соотношении фаз колебаний) самовозбуждение колебаний в клистроне. Амплитудная модуляция этих высокочастотных колебаний производится подачей импульсов модулирующих колебаний на управляющую сетку С. На рис. 461 показана схема часто применяемых отражательных (одноконтурных) клистронов. Здесь функции группирователя и улавливателя совмещены в одном резонаторе. Электроны, ускоренные постоянным напряжением поле отбрасывает электрон обратно в резонатор. Благодаря неодинаковым скоростям электроны проникают на неодинаковые расстоянияк отражателю и поэтому в неодинаковые моменты времени возвращаются в резонатор. Это при правильном соотношении путей, проходимых электронами, и приложенных напряжений приводит к образованию электронных сгустков в потоке электронов, возвращающихся к резонатору. Электронные сгустки индуцируют в резонаторе быстропеременное электромагнитное поле, что при резонансном совпадении частот и правильном соотношении фаз и приводит к самовозбуждению колебаний в клистроне.
Рис. 462. Схема электронной лампы с бегущей волной. Расчленение однородного электронного потока на электронные сгустки и индуцирование возникающими таким образом импульсами тока быстропеременного поля являются основным процессом не только в клистронах, но и в усилительных ультравысокочастотных электронных лампах с бегущей волной. Схема такой лампы показана на рис. 462. Электронный прожектор создает в этой лампе тонкий электронный луч, направленный по оси проволочной спирали в продольном магнитном поле, которое препятствует расширению луча. Ультракороткие волны подводятся к спирали по волноводу и распространяются в лампе со скоростью, которая для передачи электрического импульса по спирали близка к скорости света; следовательно, поле волны перемещается по оси лампы со скоростью, во столько раз меньшей скорости света, во сколько раз длина витка спирали превышает шаг спирали. Аноду электронного прожектора сообщают такое напряжение, чтобы электроны приобретали примерно ту же скорость, с какой перемещается по оси лампы поле волн. Очевидно, что быстропеременное поле волн должно ускорять электроны в одних частях луча и тормозить электроны в других частях луча. Вследствие этого электронный луч становится неоднородным по концентрации электронов — в нем образуются электронные сгустки. Электронные сгустки как изменения величины тока индуцируют в витках спирали электрические колебания, которые усиливают подведенные к лампе колебания; при этом электронные сгустки тормозятся индуцированным полем, так что эффект усиления колебаний создается в итоге за счет энергии, сообщаемой электронам в прожекторе. Создав обратную связь между концами спирали, можно вызвать самовозбуждение колебаний в лампе и использовать лампу с бегущей волной как генератор ультракоротких волн.
Рис. 463. Схема магнетрона. В настоящее время наиболее мощными генераторами ультракоротких волн являются магнетроны. Магнетрон представляет собой особый вид хорошо эвакуированной электронной лампы с накаливаемым катодом и с электронным потоком, который управляется одновременно электрическим и магнитным полями. На рис. 463 дана схема простейшего двухсегментного магнетрона (в разрезе, перпендикулярном к оси катода
Рис. 464. Картина электрического поля в магнетроне. Допустим, что потенциал сегмента своей кинетической энергии (отдав ее в виде энергии индуцированного или электромагнитного поля), окажутся отброшенными на сегмент Понятно, что увеличение разности потенциалов между анодными сегментами
Рис. 465. Анодный блок шестикамерного магнетрона Частота самовозбуждающихся колебаний в магнетроне определяется электрическими параметрами При использовании магнетронов в радиолокаторах, когда излучение производится кратковременными импульсами со значительными паузами (что существенно улучшает условия охлаждения сильно нагревающихся электродов), импульсная мощность магнетронов, генерирующих волны длиной в несколько сантиметров, достигает тысяч киловатт.
|
1 |
Оглавление
|