История магнетрона

Освежив свою память, я подумал - а чего, вдруг еще кому пригодится? Итак...

МАГНЕТРОН. ПЕРВЫЕ ГОДЫ.

История магнетрона в общем понятии - как СВЧ-прибора, в котором формирование электронного потока происходит в условиях взаимно перпендикулярных статических электрического и магнитного полей – начинается в 1924 году, с открытием чешским ученым А.Жачеком эффекта генерирования циклотронных колебаний.

До 1940 года основной конструкцией исследуемых магнетронов был магнитный диод с разрезным анодом. Исследования проводились параллельно во многих странах. Так, в 1927 году А.А. Слуцкий и Д.С. Штернберг в СССР впервые создали магнетроны, работающие в диапазонах 60-30 и 7,5 см, а в 1929 году А. Окабе (Япония) добился в 4-сегментном магнитном диоде генерирования колебаний в диапазоне 3-5 см. В 1932 году Е. Мегоу (Англия) получил колебания в диапазоне 40-60 см в диоде с 12-сегментным анодом. Однако, все эти конструкции имели лишь лабораторное применение. Выходная мощность и надежность таких магнетронов были совершенно недостаточны для практического применения.

Важной вехой стало появление в 1936—1940 годах магнетронов с цельным медным анодом, в теле которого выполнены несколько полых СВЧ-резонаторов, что дало возможность исключить внешние LC-контуры. В СССР первый образец такого многорезонаторного магнетрона был разработан инженерами Н.Ф. Алексеевым и Д. Е. Маляровым в 1940 году. При этом был получен рекордный по тому времени уровень мощности (до 300 Вт в непрерывном режиме) на длине волны 9 см.
От этого образца до промышленной конструкции оставался лишь шаг. Но, по ряду как объективных, так и субъективных причин, в нашей стране этот шаг не был сделан.

Вся честь изобретения классического магнетрона, в том виде, в котором он используется и по сей день, заслуженно принадлежит англичанам. Великобритания в условиях воздушных атак Германии была вынуждена форсировать создание радиолокаторов и, соответственно, СВЧ-генераторов для них, причем не отдельных образцов, а промышленно тиражируемых приборов. Разработчикам (Дж. Рэндолл, Г. Бут и Дж. Сэйерс) удалось решить ряд конструкторских и технологических проблем и добиться устойчивой генерации многорезонаторными магнетронами значительных импульсных мощностей в 10- и 3-сантиметровых диапазонах длин волн.

Именно британские разработки стали основой для магнетронов всех воюющих сторон. Так, в Германии 1943 году скопировали сверхсекретные по тем временам магнетроны CV76 со знаменитого английского бортового радиолокатора H2S и стали выпускать свои магнетроны LMS10 и LMS10a. Нашей страной по ленд-лизу от союзников было получено значительное количество радиолокаторов разных типов, в их числе станции, использующие магнетроны 10-сантиметрового диапазона. В руки отечественных инженеров передавались образцы магнетронов, в том числе сохранившие работоспособность, они и стали прототипами первых советских серийных магнетронов.
Один из первых магнетронов – образцов для копирования, попавших в московский завод №382 МПСС, ныне ОАО «Плутон»:

(судя по внешнему виду – это американский магнетрон 720A-E, 1000 кВт, 2800 МГц)

Но наибольшую известность получила история с передачей английских образцов для копирования в США. Производственные мощности английской радиопромышленности оказались недостаточными для массового производства РЛС. И в конце 1940 года в США прибыла английская миссия, целью которой была передача ряда научных достижений, сделанных в ходе войны. Взамен Великобритания рассчитывала использовать производственные ресурсы США (которые на тот момент были нейтральной страной). В число передаваемых разработок попали и радары, и, в первую очередь, магнетроны.

После приезда английской технической миссии в октябре 1940 г. фирма Белл приступила к изучению 10-см магнетрона для копирования и применения его в радиолокационных станциях, разрабатываемых как фирмой Белл, так и Лабораторией излучения Массачусетского технологического института. Все данные для копирования заключались в чертеже 6-резонаторного магнетрона, а также в рентгеновском снимке 8-резонаторного магнетрона, который демонстрировался в лаборатории фирмы в Виппени.


Так как этот магнетрон уже работал, то было решено взять эти данные в качестве исходных для разработки.

В ноябре 1940 г. лаборатории фирмы Белл и Лаборатория излучения МИТ получили несколько работающих копий английского магнетрона, после чего началось изучение магнетронного генератора. Целью его было пустить новый магнетрон в производство, а также попытаться понять его работу, усовершенствовать его и расширить область применения.

Во время первых испытаний в лаборатории в Виппени, английский магнетрон работал в импульсном режиме, при напряжении 10 кВ с током в импульсе 10 А. Продолжительность импульсов равнялась 1 мкс, а частота повторения 1000 Гц. Требуемое магнитное поле было около 1100 эрст. Магнетрон был нагружен простой излучающей антенной с неизвестным полным сопротивлением. При этих условиях мощность высокой частоты, генерируемая магнетроном, составляла более 10 кВт.
8 резонаторов типа "щель-отверстие" английского магнетрона были расположены вокруг анода радиусом 0,8 см. Резонаторная система, выполненная в виде медного блока, имела длину 2 см. Выходной контур английского магнетрона не включал в себя каких-либо специальных трансформирующих устройств. Вакуумный спай между медью, стеклом и вольфрамом был вынесен в выходную коаксиальную линию.
Катод представлял собой гладкий, оксидированный никелевый цилиндр радиусом 0,3 см с никелевыми концевыми дисками, радиусом 0,5 см; он был смонтирован на радиальных выводах, проходящих через стеклянные вакуумные спаи. Выводы расположены диаметрально поперек отверстия резонатора, чтобы уменьшить высокочастотную связь с конструкцией катода.
Английский магнетрон был рассчитан для работы с магнитом, имеющим зазор около 1,75 дюйма (44,4 мм) и диаметром полюсного наконечника в 1,25 дюйма (31,7 мм), что давало магнитное поле около 1500 эрст.
Английский магнетрон отличался некоторыми особенностями конструкции. Так, цилиндрический медный блок, внутри которого помещалась резонаторная система, использовался в качестве вакуумной оболочки. С обоих концов блок был закрыт крышками из медных дисков. Вакуумный спай выполнялся во время откачки и обжига путем впаивания при температуре обжига золотых колец между пластинчатой крышкой и блоком. Впаивание производилось при высоком давлении, осуществляемом при помощи скобы, скрепленной болтами, пропущенными сквозь магнетрон. Геттер не применялся, но после отпайки достигался удовлетворительный вакуум.
Предварительные испытания магнетрона, произведенные в Англии, показали, что катод активируется правильно и обладает достаточным сроком службы в заданных условиях работы.

После получения английских образцов в США развернулись интенсивные разработки и исследования магнетрона в лабораториях радиофирм и в лабораториях Исследовательского комитета Национальной обороны. Между американскими и английскими лабораториями производился обмен опытом как путем рассылки отчетов, так и путем личной информации, что в значительной мере способствовало развитию как магнетронов как и радиолокации в целом.

А как же работы П.К. Ощепкова начала 30-х годов?
Пожалуйста пролистайте:
Ощепков П.К. "Жизнь и мечта" Издательство: Московский Рабочий
1984 Ощепков П.К. - Жизнь и мечта djvu 34,1Мб Скачать книгу

По поводу работ над магнетронами в УФТИ. Порылся по архивам, нашел таки огрызки своих поисков на тему.
Свершилось в УФТИ, на кафедре физики, где Дмитрием Аполлинариевичем Рожанским были инициированы исследования по генерированию высокочастотных электромагнитных колебаний его учениками - Абрамом Александровичем Слуцкиным и Дмитрием Самойловичем Штейнбергом. Использовались идеи реализованные в генераторе Баркгаузена и Курца, а так же работы автора термина магнетрон – Халла. Именно там в 1924 году был построен генератор дециметрового диапазона с использованием магнетронного механизма генерации. Построен генератор бы на основе триода Р-5 выпускаемого Петроградским электровакуумным заводом. Магнитное поле обеспечивал внешний магнит.
лампа Р-5

подробнее о лампе Р-5