Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://kvant.mccme.ru/pdf/1999/01/11.pdf Дата изменения: Fri Dec 23 19:24:59 2005 Дата индексирования: Tue Oct 2 00:10:24 2012 Кодировка: Windows-1251 Поисковые слова: кокон

Длинная дорога от входа к выходу
Л.АШКИНАЗИ Наперегонки с лифтом
Вполне возможно, что изобретатель лампы бегущей волны Р.Компфнер придумал ее в 1944 году, поднимаясь по какой-нибудь лестнице. Особенно удобно было бы сделать это изобретение, если бы в середине лестничного проема медленно двигался лифт, а человек, быстро поднимавшийся по лестнице, мог бы заглядывать в кабину. Или, скажем, чуть-чуть от нее отставать... Конечно, восстановить, как именно было сделано изобретение, трудно. Можно иногда выявить ход рассуждений изобретателя, но как уловить движение ощущений, предчувствий, интуиции? Технический детектив в чем-то, по-видимому, сильно отличается от просто детектива, ибо хороших детективов много, а хороших технических детективов почти нет. Представьте себе, что лифт движется чуть быстрее человека и из него подталкивают бегущего по винтовой лестнице человека быстрее, быстрее! Согласно третьему закону Ньютона, на лифт будет действовать сила, направленная против движения, он будет тормозиться и отдавать свою энергию человеку, бегущему по лестнице. В итоге их скорости уравняются. Не обвивайся лестница вокруг шахты лифта, ничего бы не получилось человек движется по прямой лестнице быстрее лифта. А если она обвивается, длина ее увеличивается. Аналогично, можно подобрать угол наклона витков спирали ('лестницы') и скорость электронов ('лифта') так, чтобы электромагнитная волна, бегущая по спирали, имела почти ту же скорость перемещения вдоль оси спирали, что и электроны. Чем выше частота, тем ближе к поверхности металла сосредотачивается ток. Это явление называется скин-эффектом (skin по- английски кожа). На частотах СВЧ-диапазона толщина скин-слоя составляет единицы микрон. Так же, прижимаясь к проводу, распространяется вдоль него и электромагнитная волна, отдаляясь от поверхности не далее чем на расстояние порядка длины волны. Однако бежит эта волна 'по и около' проводника быстро, ее скорость сравнима со скоростью света. И хотя разогнать до такой скорости электроны можно, для этого нужны напряжения в сотни киловольт, а это неудобно. Но ничего, мы уже знаем, как 'замедлить' волну, надо заставить ее бегать по спирали (по 'лестнице'). Итак, возьмем проволоку, свернем ее в спираль и запустим в один ее конец электромагнитную волну. По оси же пропустим электронный пучок и начнем варьировать энергию (скорость) электронов. Когда энергия электронов будет такая, что скорость их станет чуть больше скорости волны ('осевой' скорости), начнется 'перекачка' энергии от электронов к волне, и с выходного конца спирали мы получим более мощную волну и 'хилые' с уменьшенной энергией электроны. Длиннохвостыми интегралами, взволнованно повествующими о судьбе электронов и волн в лампе бегущей волны, заполнены тома. И в этом смысле в смысле интегралов первым изобретателям было легче. Сейчас техника ушла в плане насыщенности физикой так далеко, а физика ушла так далеко в плане насыщенности математикой, что среди людей выделяются два подвида люди знающие и люди делающие. Единственный путь борьбы с этой небиологической эволюцией это знать математику язык физики и знать физику язык техники. Тогда вы будете делать, зная. Реальная ситуация в лампе бегущей волны, конечно, сложнее. В спирали, а точнее в 'спиральной замедляющей системе', могут распространяться не одна, а несколько волн. Не все они двигаются чуть медленнее пучка, не все они усиливаются... Но об этом уже 'на пальцах' рассказать нельзя. А о том, о чем можно рассказать просто, удобнее рассказывать, опираясь на то, что мы уже знаем.

Танцуем от печки, т.е. от клистрона
В конце концов, клистрон был изобретен раньше, да и 'идеология' его проще. Так вот, в лампе бегущей волны, как и в клистроне, происходит преобразование модуляции по скорости в модуляцию по плотности. Только напряженность поля у спирали меньше, чем в резонаторе (в резонаторе есть резонанс). Поэтому нужен большой путь и электронам и волне надо пройти много витков спирали, чтобы возникла заметная модуляция, а потом, по мере преобразования модуляции, волна начинает усиливаться, отбирая энергию от собирающихся в сгустки электронов (рис.1). Собираются электроны в те

Иллюстрация В.Митурич-Хлебниковой, М.Сумниной

Эта статья является органичным продолжением двух предыдущих статей того же автора: '113 лет ошибке Эдисона' ('Квант' ?5 за 1996 г.) и 'Электронный прибой' ('Квант' ?4 за 1997 г.). Серия статей Л.Ашкинази посвящена современной вакуумной электронике, ее физическим основаниям и историческим истокам. Разумеется, каждую статью можно читать и независимо, но для более полного и глубокого восприятия и получения цельной картины мы рекомендуем заинтересованному читателю изучать эти статьи в указанной последовательности.
3*

11