Трубка Баркгаузена – Курца

Экспериментальный двухтактный генератор Баркгаузена 1933 года, в котором используются линии Лехера (четвертьволновые линии передачи шлейфы с параллельными проводами ) в качестве контура резервуара . Он мог генерировать 5 Вт на частоте 400 МГц.

Трубка Баркгаузена-Курца, также называемая трубкой тормозящего поля , рефлексным триодом , генератором B-K и генератором Баркгаузена , представляла собой высокочастотный на вакуумной лампе, электронный генератор изобретенный в 1920 году немецкими физиками Генрихом Георгом Баркхаузеном и Карлом Курцем. ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]} Это был первый генератор, который мог генерировать радиомощность в сверхвысокочастотной (УВЧ) части радиоспектра , выше 300 МГц. Это был также первый генератор, в котором использовались эффекты времени прохождения электронов. ^{[ 1 ]} Он использовался в качестве источника высокочастотных радиоволн в исследовательских лабораториях и в нескольких радиопередатчиках УВЧ во время Второй мировой войны. Его выходная мощность была низкой, что ограничивало его применение. Однако это вдохновило на исследования, которые привели к созданию других, более успешных трубок времени прохождения, таких как клистрон , который сделал маломощную лампу Баркгаузена-Курца устаревшей.

История

Триодная разработанная вакуумная лампа, Ли де Форестом в 1906 году, была первым устройством, способным усиливать сигнал, и с 1920 года она использовалась в большинстве радиопередатчиков и приемников. Было обнаружено, что максимальная частота , на которой можно было использовать триод, была ограничена расстоянием между внутренними компонентами. Даже при самом маленьком расстоянии предел частоты ранних триодов находился в диапазоне низких мегагерц . Для преодоления этого ограничения была предложена техника, называемая модуляцией скорости.

В 1920 году Генрих Баркгаузен и Карл Курц из Высшей технической школы в Дрездене , Германия, использовали теорию модуляции скорости при разработке триода с «запаздывающим полем». Они обнаружили, что он может работать на частотах в диапазоне УВЧ и стал первой электронной лампой, способной это делать. Несмотря на серьезные ограничения по выходной мощности, трубка Баркгаузена-Курца была быстро принята во всем мире для исследований в области УВЧ. Это устройство также называют генератором с запаздывающим полем и положительной сеткой. Версии генератора Баркгаузена использовались в некоторых из первых применений микроволн, таких как первая экспериментальная микроволновая релейная система, линия связи на частоте 1,7 ГГц через Ла-Манш в 1931 году, ^{[ 3 ]} и в первых радиолокационных системах, использовавшихся во время Второй мировой войны.

Успех лампы Баркгаузена-Курца в генерации радиоволн на микроволновых частотах вдохновил исследования на разработку подобных ламп, не имевших ограничений по мощности, что привело к изобретению других ламп, известных как «рефлекторные генераторы». Самым известным результатом этого исследования стала клистронная трубка. ^{[ 4 ]}^{[ 5 ]} изобретен в 1937 году Расселом и Сигурдом Варианами и до сих пор широко используется в качестве источника микроволн высокой мощности. Такие источники, как клистрон и магнетронная трубка, заменили трубку БК во время Второй мировой войны, и она устарела.

Как это работает

Трубка Баркгаузена-Курца представляла собой триод, работающий с сеткой (тонкой сеткой из проволок) при положительном потенциале как по отношению к катоду (или нити накала ), так и по отношению к аноду (или пластине ). Отрицательные электроны, вылетающие из катода, ускоряются по направлению к положительной сетке. Большая часть проходит между проводами сетки и продолжает двигаться к анодной пластине, но отрицательный потенциал на аноде отталкивает их, и они меняют направление, прежде чем коснутся поверхности анодной пластины, и ускоряются обратно к сетке с относительно более высоким потенциалом, через которую они только что прошли. прошедший. Опять же, большая часть проходит через провода сетки, но затем отталкивается отрицательным потенциалом катода и меняет направление непосредственно перед тем, как достичь поверхности катода. Электроны продолжают колебаться взад и вперед по сетке, пока один за другим не ударятся о провода сетки.

Колеблющийся потенциал сетки, вызванный прохождением электронов через сетку, возбуждает колебания в контуре резервуара , прикрепленном к сетке, обычно состоящем из четвертьволновой параллельной линии передачи, закороченной на конце, называемой резонансным шлейфом . В свою очередь, колебательное напряжение в цепи резервуара изменяет потенциал сетки, заставляя электроны группироваться в облако электронов, движущихся вперед и назад через сетку в фазе на резонансной частоте.

Колебательное движение электронного облака продолжается; это облако представляет собой переменный выходной ток. Некоторые электроны теряются в сетке при каждом проходе, но запас электронов постоянно пополняется новыми электронами, эмитируемыми катодом. По сравнению с обычным триодным генератором количество электронов, фактически попадающих на анодную пластину и сетку, невелико, поэтому переменные токи пластины и сетки малы, а выходная мощность генератора БК низкая. Устройства большей мощности, такие как клистрон, были позже разработаны, чтобы преодолеть это ограничение.

Частота колебаний зависит от расстояния и потенциала электродов и может быть настроена в пределах ограниченной полосы пропускания путем изменения напряжения электродов. ^{[ 6 ]}

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б Тумм, Манфред (2011). «Генрих Баркгаузен: Первая микроволновая лампа, работающая во время прохождения» (PDF) . Исторический вклад Германии в физику и применение электромагнитных колебаний и волн . Общество электронных устройств, Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) . Проверено 30 марта 2013 г.
^ Петерсен, Дж. К. (2002). Иллюстрированный словарь по волоконной оптике . ЦРК Пресс. п. 103. ИСБН 084931349X .
^ Свободен, Э.Э. (август 1931 г.). «Радио-прожектор с новыми волнами 7 дюймов» (PDF) . Радио Новости . 8 (2). Нью-Йорк: Публикации Radio Science: 107–109 . Проверено 24 марта 2015 г.
^ Фарагё, П.С. и Г. Грома, «Рефлекторные генераторы», Журнал Венгерской академии наук , Vol. 4, нет. 1 августа 1954 г., стр. 7–22
^ Клингер, Ганс Герберт, Применение микроволн в научных исследованиях , Elsevier, 1953.
^ Альфвен, Ханнес, «К теории колебаний Баркгаузена-Курца», Философский журнал, серия 7, Том. 19 февраля 1935 г., с. 419–422

Внешние ссылки

СМИ, связанные с трубкой Баркгаузена-Курца, на Викискладе?
Потапенко, Г. (13 февраля 1932). «Исследования в области ультракоротких электромагнитных волн» (PDF) . Физика преп . 39 : 625–638. дои : 10.1103/PhysRev.39.625 .

[Thumm-1] Jump up to: ^а ^б Тумм, Манфред (2011). «Генрих Баркгаузен: Первая микроволновая лампа, работающая во время прохождения» (PDF) . Исторический вклад Германии в физику и применение электромагнитных колебаний и волн . Общество электронных устройств, Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) . Проверено 30 марта 2013 г.

[Petersen-2] Петерсен, Дж. К. (2002). Иллюстрированный словарь по волоконной оптике . ЦРК Пресс. п. 103. ИСБН 084931349X .

[Free-3] Свободен, Э.Э. (август 1931 г.). «Радио-прожектор с новыми волнами 7 дюймов» (PDF) . Радио Новости . 8 (2). Нью-Йорк: Публикации Radio Science: 107–109 . Проверено 24 марта 2015 г.

[4] Фарагё, П.С. и Г. Грома, «Рефлекторные генераторы», Журнал Венгерской академии наук , Vol. 4, нет. 1 августа 1954 г., стр. 7–22

[5] Клингер, Ганс Герберт, Применение микроволн в научных исследованиях , Elsevier, 1953.

[6] Альфвен, Ханнес, «К теории колебаний Баркгаузена-Курца», Философский журнал, серия 7, Том. 19 февраля 1935 г., с. 419–422

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]