ГЕНЕРАТОРЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ КОЛЕБАНИЙ
Генераторы электромагнитных колебаний применяются всюду. Ламповые генераторы установлены на радио- и телевизионных станциях; магнетронный генератор — главный узел современного радиолокатора; с помощью мазеров и лазеров ученые изучают строение вещества, точно измеряют расстояния, скорости тел, ориентируют в пространстве космические корабли.
Созданный впервые в 1913 г. ламповый генератор остается наиболее распространенным генератором электромагнитных когерентных волн и в наши дни. В таком генераторе в анодную цепь трехэлектродной лампы — триода включают последовательно с источником питания резонансный контур, в состав которого входят соединенные параллельно индуктивность L и емкость С (рис. 1). Основная катушка L связана индуктивно с сеточной Lc. Когда в контуре возникают колебания, переменное магнитное поле наводит ЭДС (электродвижущую силу) на катушку Lc, и с нее напряжение попадает на сетку, на которой появляется переменный потенциал, управляющий силой тока анодной цепи. Поэтому режим колебаний устанавливается такой, что потери энергии на излучение радиоволн и нагрев элементов схемы компенсируются энергией источника питания, преобразуемой в колебания в анодной цепи. В пространство волны излучаются антенной, которая связана с основным контуром с помощью индуктивной катушки.
Длина волны ламповых радиопередатчиков заключается в интервале от 10 до нескольких тысяч метров, так как более длинные волны слабо излучаются в пространство. Генерация коротких волн — метрового и сантиметрового диапазона — генераторами с обычными радиолампами невозможна: начинает сказываться большое расстояние между электродами этих ламп, из-за чего время пролета электрона от катода до сетки становится больше периода колебаний. В этом случае электрон, покинувший катод в момент, когда сетка была заряжена положительно, перестанет испытывать ее притяжение, еще не долетев до нее. Специальные лампы с очень малыми расстояниями между электродами — «желуди», маячковые лампы — обеспечивают генерацию радиоволн с длиной волны до 10 см.
Коренным решением проблемы было создание магнетронного генератора, в котором используется «лампа» принципиально нового типа — магнетрон (рис. 2). Здесь магнитное поле принуждает электроны двигаться по круговым орбитам, проходящим у поверхности анода, окружающего цилиндрический катод. Роль резонансного контура играют цилиндрические анодные камеры — резонаторы, связанные щелями с пространством, в котором движутся электроны. Двигаясь вблизи щелей в электрическом поле возбуждаемых колебаний, электроны тормозятся и отдают свою энергию полю в резонаторе. При этом магнитное поле и напряжение анода подбирают так, чтобы колебания были незатухающими. Магнетронные генераторы могут быть созданы для генерации радиоволн не короче 0,5 см. Без них не обходится ни один радиолокатор.
Существуют и другие типы генераторов ультракоротких радиоволн, например генератор на клистроне; колебания в его резонаторах поддерживаются потоком электронов, которые движутся прямолинейно, а не по круговым орбитам, как в магнетронном генераторе. Применяются лампы бегущей и обратной волны. Принципиально новые типы генераторов электромагнитных волн — молекулярные квантовые генераторы — мазеры и оптические генераторы — лазеры — перекрывают диапазон длин волн электромагнитного излучения от 1 см до долей микрометра (рис. 3).
