Дуньте в дырочку ключа — раздастся свист: появятся стремительные механические колебания. Часовой маятник колеблется благодаря спусковому механизму. А в струе воздуха колебания получаются в противном случае: вдувание ее в полость ключа приводит к возникновению то сгущений, то разрежений. В противном случае говоря, в полости образуются волны, вибрации.
Сходным образом трудится и электронный генератор. В безвоздушном пространстве вблизи раскаленного катода помещают электрод, в котором сделана одна либо пара полостей. Поток электронов направляется в эти полости. В случае, если надлежащим образом подобрать напряжение электрического поля, мощность и направление потока электронов, то он группируется в отдельные сгустки. В полости — в полом колебательном контуре — появляются электромагнитные колебания, появляется электромагнитная волна.
Схема многорезонаторного магнетрона.
Такие сверхвысокочастотные (СВЧ) генераторы именуют устройствами с группированным потоком. Протяженность электромагнитной волны, появляющейся в полости, определяется ее геометрическими размерами. Эта протяженность волны равна примерно удвоенной длине полости. Так возможно взять сантиметровые и миллиметровые волны, т. е. ток с частотой в миллиарды герц;
Конструкторы создали довольно много видов СВЧ-генераторов с группированным электронным потоком. Один из распространенных СВЧ-генераторов, взявший широкое распространение в радиолокационных передатчиках, — это многоpезонаторный магнетрон.
Анодом его помогает массивный кусок меди, в котором сделано цилиндрическое отверстие, окруженное кольцом вырезов-резонаторов — полых контуров. В центральном отверстии помещается катод.
Под влиянием большого хорошего напряжения на аноде электроны от катода стремятся лететь к аноду по радиусам. Прибор помещают между полюсами сильного постоянного магнита (из этого и наименование — магнетрон) так, дабы силовые линии магнитного поля были параллельны оси катода и тем самым перпендикулярны дорогам полета электронов в электрическом поле. Под действием магнитного поля пути электронов искривляются. Электроны движутся по спиральным кривым, группируются в отдельные сгустки. Возможно заявить, что в пространстве между анодом и катодом вращается «облако» электронов, «облако» отрицательных зарядов. Они отдают собственную энергию на возбуждение колебаний в кольце резонаторов.
Второй распространенный тип СВЧ-генератора с группированным электронным потоком стал называться клистрон.
Схема клистрона — генератора с группированным электронным потоком.
Катод клистрона испускает поток электронов, похожий на. луч. Электроны этого потока ускоряются постоянным напряжением, а после этого проходят через совокупность полых резонаторов. В первом резонаторе их скорости мало изменяются: электроны, пролетающие в течение одного полупериода, ускоряются, а в течение другого полупериода замедляются, т. е. поток электронов, как говорят, модулируется по скорости. Промодулированный электронный поток летит после этого некое время в пространстве, где нет электрических полей, — в дрейфовом пространстве. Тут более скоро движущиеся электроны догоняют более медленные и целый поток распадается на отдельные сгустки. После этого таковой сгруппированный поток попадает во второй колебательный контур и возбуждает в нем колебания. Этому контуру электроны отдают собственную энергию.
Многорезопаторные клистроны и магнетроны предназначены для постоянного генерирования и для импульсной работы (краткосрочными отдельными толчками). При постоянном генерировании их мощность достигает десятков киловатт на сантиметровых волнах. Наряду с этим напряжение на аноде у магнетронов — пара киловольт, а у клистронов — десятки киловольт. В импульсных устройствах большая мощность на сантиметровых волнах достигает десятков тысяч киловатт. Для питания клистронов таковой мощности нужен импульс постоянного тока с напряжением в много тысяч вольт.