Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
5836 , типичный рефлекс клистрона используется в качестве источника СВЧ малой мощности. Обратите внимание на клемму наверху трубки, которая используется для питания реле активности.

Саттон трубки , или рефлекс клистрона , представляет собой тип вакуумной трубки используется для генерации микроволн . Это маломощное устройство, используемое в основном для двух целей; один состоит в том, чтобы обеспечить настраиваемый источник малой мощности частоты для гетеродинов в цепях приемника, а другой, с небольшими изменениями, в качестве переключателя, который мог бы включать и выключать другой микроволновый источник. Второе использование, иногда называют мягкой трубкой Sutton или rhumbatron переключателя , является ключевым компонентом в развитии микроволнового радара по Великобритании во время Второй мировой войны . Микроволновые переключатели всех конструкций, включая эти, более широко известны какT / R пробирки или T / R клетки .

Трубка Саттона названа в честь одного из ее изобретателей, Роберта Саттона, эксперта в области дизайна электронных ламп. Первоначальные конструкции клистрона были разработаны в конце 1930-х годов в США, и Саттону было предложено разработать настраиваемую версию. Первые модели он разработал в конце 1940 года, работая в Адмиралтейском центре связи и радиолокации . Трубки Саттона широко использовались в самых разных формах во время Второй мировой войны и в течение 1960-х годов. С тех пор их роль взяли на себя твердотельные устройства, такие как диод Ганна , который начал становиться доступным в 1970-х годах. «Румбатрон» относится к конструкции резонансной полости, которая была частью многих клистронов, имея в виду румбу. из-за танцевального движения электронов.

Основная концепция клистрона [ править ]

Основная статья: Клистрон
В клистроне с двумя резонаторами электроны «группируются» при перемещении между полостями, воссоздавая исходный сигнал.

Клистроны разделяют основную концепцию, согласно которой микроволновая мощность генерируется путем постепенного ускорения, а затем замедления электронов в открытом пространстве, окруженном резонансной полостью. Самые простые для понимания конструкции клистрона имеют две полости.

Первый резонатор подключен к источнику сигнала и предназначен для резонанса на желаемой частоте, заполняя его внутреннее пространство колеблющимся электрическим полем. Размеры полости зависят от длины волны, большинство из них представляют собой плоские цилиндры по форме хоккейной шайбы различных размеров. По центру «шайбы» просверливается отверстие. [1]

Поток электронов, выпущенный из электронной пушки, проходит через отверстие, и меняющееся поле заставляет их либо ускоряться, либо замедляться по мере прохождения. За пределами полости ускоренные электроны догоняют замедленные, заставляя электроны группироваться в потоке. Это заставляет поток воссоздавать исходный образец сигнала в плотности электронов. Эта область трубки должна быть достаточно длинной, чтобы дать время для завершения этого процесса. [2]

Затем электроны проходят через вторую полость, аналогичную первой. По мере прохождения сгустки вызывают в резонаторе изменяющееся электрическое поле, воссоздающее исходный сигнал, но при гораздо более высоком токе. Точка отвода в этом резонаторе обеспечивает усиленный микроволновый выход. [2]

Локальные генераторы [ править ]

Рефлекторный клистрон по существу складывает конструкцию с двумя полостями пополам, используя два противоположных ускоряющих поля.

Введение магнетрона резонатора произвело революцию в конструкции радара, генерируя большое количество энергии из компактного и простого в сборке устройства. Тем не менее, прежде чем его можно было использовать, потребовалось несколько дополнительных усовершенствований.

Среди них был подходящий гетеродин примерно на 45 МГц, отличный от сигнала передатчика, который питал промежуточную частоту цепей приемника. [3] Проблема заключалась в том, что частота магнетрона дрейфовала по мере того, как он нагревается и охлаждается, достаточно, чтобы потребовался какой-то настраиваемый источник микроволн, частоту которого можно было регулировать. Второй магнетрон не будет работать, они не будут дрейфовать синхронно. [4]

Поскольку для схемы приемника требуется очень небольшая выходная мощность, клистрон, впервые представленный всего двумя годами ранее, был естественным выбором. Саттона, известного специалиста по конструкции трубок, спросили, может ли он предоставить версию, которая могла бы быть настроена в том же диапазоне, что и дрейф магнетрона. [5] Первоначальная модель, доступная в 1940 году, допускала настройку с некоторыми усилиями. Хотя он работал, он не подходил для операционной системы. Саттон и Томпсон продолжили работу над проблемой и предложили решение в октябре 1940 года. [3] Томпсон назвал ее в честь Саттона, а Саттон назвал ее трубкой Томпсона. [6] Первый застрял.

Их продвижение заключалось в использовании одного резонатора и разумной физической конструкции, обеспечивающей тот же эффект, что и два резонатора. Он сделал это, поместив второй электрод в дальний конец трубки, «отражатель» или «отражатель», который заставил электроны развернуться и начать течь обратно к пушке, подобно трубке Баркгаузена-Курца . Изменяя напряжение отражателя относительно пушки, скорость электронов, когда они достигают полости во второй раз, можно регулировать в определенных пределах. Частота была функцией скорости электронов, обеспечивая функцию настройки. [5]

Эта модификация эффективно складывала клистрон пополам, при этом большая часть «действия» находилась в центре трубки, где были расположены вход и выход из единственной полости. Кроме того, внутри трубки находилась только внутренняя часть полости, внешняя поверхность имела форму металлической оболочки, обернутой вокруг трубки. Более значительные изменения частоты можно было произвести, заменив внешнюю оболочку, и это также обеспечило удобное место для установки. [5]

К сожалению, системе потребовалось два высоковольтных источника питания: один для начального ускорения пушки, а второй - между пушкой и отражателем. И из-за того, как она работала, мощность системы обычно ограничивалась милливаттами. [ необходима цитата ]

Мягкая трубка Саттона [ править ]

Одним из преимуществ использования микроволн для радара является то, что размер антенны зависит от длины волны сигнала, поэтому для более коротких длин волн требуются антенны гораздо меньшего размера. Это было жизненно важно для бортовых радиолокационных систем. Немецким самолетам, использующим более длинные волны, требовались огромные антенны, которые замедляли самолет со скоростью от 25 до 50 км / ч из-за сопротивления. [7] Для микроволн требовались антенны длиной всего несколько сантиметров, которые легко помещались в носовой части самолета.

Это преимущество было нивелировано отсутствием системы коммутации, позволяющей одной антенне действовать как передатчик и приемник. Это не всегда серьезная проблема; система Chain Home обходилась двумя наборами антенн, как и ранние бортовые радары, такие как Mk. IV . В 1940 году Бернард Ловелл разработал решение для микроволнового радара, поместив два набора диполей перед общей параболической тарелкой и поместив между ними диск из металлической фольги. Однако это не было очень успешным, и кристаллические диоды, используемые в качестве детекторов, часто перегорали, когда сигнал просачивался через диск или вокруг него. [8] Решение с использованием двух разрядников.Трубки тоже использовались, но были далеко не идеальными. [9]

Лучшее решение было предложено Артуром Х. Куком из лаборатории Кларендона , а разработкой продукции занялись HWB Skinner вместе с AG Ward и AT Starr из Исследовательского центра телекоммуникаций . [9] Они взяли трубку Саттона и отсоединили электронную пушку и отражатель, оставив только полость. Это был наполнен разреженного газа, первоначально гелий или водород , [10] , но в конечном итоге урегулирования на небольшом количестве водяного пара и аргона. [11]

Когда сигнал передачи был замечен на входе, газ быстро ионизировался (чему способствовал нагреватель или радий). [12] Свободные электроны в плазме представляли собой почти идеальный источник импеданса, блокируя прохождение сигнала на выход. Как только передача прекратилась, газ деионизировался, и сопротивление очень быстро исчезло. [10] Крошечные эхо, вызванные отражениями от цели, появившиеся через микросекунды, были слишком малы, чтобы вызвать ионизацию, и позволили сигналу достичь выхода. [3]

Пригодная к использованию мягкая трубка Саттона прибыла в марте 1941 года и была запущена в производство как CV43. [3] Впервые он был использован как часть AI Mk. VII радар , первый серийный СВЧ-радар для самолетов. [10] Система широко использовалась с тех пор, появляются почти во всех бортовых микроволновых радаров, включая РЛС H2S и ASV Mark III радара . [10]

Послевоенная разведка показала, что немцы были сбиты с толку назначением мягкой трубки Саттона. В их руки попало несколько примеров, в частности, в Rotterdam Gerät , H2S, который был захвачен в довольно полном виде в феврале 1943 года. Интервью с немецкими радиолокационными инженерами после войны показали, что они не могли понять предназначение лампы без двигателя. [9]

Мягкая трубка Саттона использовалась в схеме, известной как «переключатель T / R» (или во многих вариациях на эту тему). Для этой цели использовались другие искровые трубки в конструкции, известной как «дуплексер ответвления ». Он состоял из двух коротких отрезков волновода около 1/4 длины волны, оба из которых включались при поступлении сигнала. Из-за геометрии схемы два пути приводили к отражению сигнала. [13]Трубки Саттона использовались в более простой конструкции, известной как «шунтирующая ветвящаяся цепь», которая имела Т-образную форму с передатчиком и антенной, расположенными на обоих концах горизонтальной части Т, а приемник - на конце вертикальной части. Поместив трубку Саттона в нужном месте вдоль волновода к приемнику, можно получить тот же эффект, что и у дуплексера ответвления. [14] [15]

Ссылки [ править ]

Цитаты [ править ]

  1. ^ Caryotakis 1998 , с. 3.
  2. ^ a b Caryotakis 1998 , стр. 1-2.
  3. ^ a b c d Watson 2009 , стр. 146.
  4. ^ "Магнетронная теория работы" , стр. 3.
  5. ^ a b c Ловелл 1991 , стр. 61.
  6. ↑ Рег Батт, «Радарная армия: победа в войне радиоволн» , Хейл, 1991, стр. 61.
  7. ↑ Жан-Дени Лепаж, «Самолеты Люфтваффе, 1935-1945» , МакФарланд, 2009, стр. 61.
  8. Перейти ↑ Lovell 1991 , p. 62.
  9. ^ a b c Ходжкин 1994 , стр. 192.
  10. ^ а б в г Ловелл 1991 , стр. 63.
  11. Перейти ↑ Watson 2009 , p. 165.
  12. ^ Роберт Бадери, «Изобретение , которые изменили мир» , Touchstone, 1998, с.118.
  13. ^ Кристиан Вольф, "Ветвь-дуплексер"
  14. ^ CG Монтгомери, "Микроволновые Дуплексеры" , MIT
  15. ↑ AL Samuel, JW Clark и WW Mumford, "Газоразрядный переключатель приема-передачи" , Bell System Technical Journal , 1946, стр. 54.

Библиография [ править ]

  • Ходжкин, Алан (1994). Случайность и замысел: Воспоминания о науке в мире и войне . Издательство Кембриджского университета. ISBN 9780521456036.
  • Уотсон-младший, Раймонд (2009). Radar Origins Worldwide . Издательство Trafford. ISBN 9781426991561.
  • Ловелл, Бернард (1991). Эхо войны: история радара H2S . CRC Press. ISBN 9780852743171.
  • Кариотакис, Джордж (апрель 1998 г.). «Клистрон: микроволновый источник удивительного диапазона и выносливости» (PDF) . Стэнфордский центр линейных ускорителей .

Дальнейшее чтение [ править ]

  • "Румбатронный волноводный переключатель" Журнал Института инженеров-электриков - Часть IIIA: Радиолокация , Том 93, выпуск 4 (1946), стр. 700–702
  • А.Л. Самуэль, Дж. В. Кларк и В. В. Мамфорд, "Газоразрядный переключатель приема-передачи" , Bell System Technical Journal , 1946, стр. 48–101.

Внешние ссылки [ править ]

  • NR89 Sutton Tube , гетеродин
  • CV43 , переключатель Саттона