Покоренный электрон

Рис. 87. Длинные волны по мере удаления от радиостанции слабеют, а короткие волны, многократно отражаясь от поверхности земли и ионосферы, облетают вокруг земного шара.

Радиосигналы гигантскими прыжками летят между ионосферой и землей на десятки тысяч километров. Они могут таким образом совершить даже кругосветное путешествие.

Эти соображения скоро подтвердились на опыте. Приемник, расположенный возле передатчика, иногда принимает вслед за сигналами передающей станции эхо этих же сигналов, облетевшее вокруг земного шара. Такое кругосветное эхо, — а их иной раз бывает несколько подряд, — сильно искажает прием, так как, вследствие большой скорости распространения радиоволн, эхо отстает от сигналов всего лишь на несколько десятых долей секунды и смешивается с ними.

Контур надо уменьшить

Ученые, изобретатели, радиолюбители отчетливо поняли преимущества коротких волн перед длинными — радиопередача на коротких волнах звучит чище, отчетливее, «атмосферики», то есть трески и шумы, создаваемые грозовыми разрядами в атмосфере, меньше мешают приему; короткие волны позволяют поддерживать дальнюю связь с минимальной затратой мощности и даже вести направленную передачу. Впоследствии они оказались незаменимыми для локационных станций, радиодальномеров и других навигационных приборов, а также для телевидения.

И всем скоро стало совершенно ясно, что чем короче волны, тем надежнее и устойчивее работают на них многие радиоаппараты.

Надо осваивать более короткие волны, говорили конструкторы и, чтобы добиться этого, стали уменьшать размеры катушек самоиндукций и конденсаторов колебательных контуров. Ведь чем меньше самоиндукция и чем меньше емкость, тем короче получаются волны.

Изобретатели дошли в конце концов до того, что в катушке самоиндукции остался всего лишь один единственный виток, а в конденсаторе — две совсем маленькие пластины. Казалось, что дальше сокращать контур уже некуда.

Развитие радиотехники в этой области несколько затормозилось: надо было как-то преодолеть возникшие затруднения. Изобретатели попытались соединить в одно целое катушку самоиндукции и конденсатор и изготовили колебательный контур из двух прямых и параллельных друг другу медных проволок, соединенных перемычкой, наподобие буквы П. Параллельные проволоки служили одновременно и емкостью и самоиндукцией.

Однако самое существенное препятствие, мешавшее освоению ультракоротких волн, заключалось не в форме и размерах колебательного контура. Дело в том, что любой, пусть даже самый маленький, контур надо подключать к лампе с помощью соединительных проводов, а соединительные провода, да и сама лампа, тоже обладают собственными самоиндукциями и емкостями. И все эти самоиндукции и емкости — контура, соединительных проводов и лампы — складываются, и укоротить длину волны ниже определенного предела не удается.

Следовательно, прежде всего надо изгнать из схемы все соединительные провода — они только мешают, а из контура и лампы составить одно целое, один прибор.

Наиболее удобным для этой цели оказался контур, изготовленный наподобие покрышки автомобильного колеса, то есть в виде пустотелого кольца с разрезом вдоль его внутренней окружности.

Контур подобной формы получил название полого или объемного резонатора. Для присоединения такого резонатора к лампе никаких соединительных проводов не требуется: его, как бублик, надевают прямо на баллон лампы.

Электрон недостаточно быстр

Но и этого усовершенствования оказалось недостаточно. Обнаружилось новое, еще более серьезное препятствие, которое зависит от свойств самого электрона.

При длине волны в 1 метр частота колебаний на сетке лампы составит почти 300 миллионов в секунду. Если же укоротить длину волны до 10 сантиметров, а именно этого и добивались ученые, то частота достигнет 3 миллиардов колебаний в секунду!

Как ни велика скорость электрона в электронной лампе, все же он летит недостаточно быстро. Он не успевает пролететь расстояние от сетки до анода, как напряжение на сетке уже изменяется; анодный ток перестает следовать за командами сетки.

Регулировщик уличного движения на перекрестке должен включать зеленый или красный фонарь светофора, обязательно сообразуясь со скоростью транспорта. Нельзя менять сигнал раньше, чем трамваи и автомашины пересекут перекресток. Если же регулировщик начнет спешить, то шоферы, не успевая следовать командам светофора, просто перестанут его слушаться, и на перекрестке произойдет беспорядок.

Сетка в лампе служит регулировщиком «уличного» движения электронов. И в лампе тоже возникнет беспорядок, если на сетку подать слишком высокую частоту. Электроны начнут прибывать на анод не вовремя, опаздывать. Вся работа контура нарушится.

Лампа — морской прибой