Александр Иванович Шокин. Портрет на фоне эпохи

Коллектив авторов

Наиболее сложными вакуумными приборами являются сверхвысокочастотные (СВЧ) приборы.

СВЧ электронные приборы

К этой группе приборов относятся магнетроны и магнетронные усилители, усилительные и отражательные клистроны, лампы бегущей и обратной волны, СВЧ-триоды и др.

Все эти приборы работают на частотах, соответствующих длинам волн от одного метра до долей миллиметра. Такие частоты очень удобны для передачи информации (малое поглощение радиоволн в атмосфере, низкий уровень шумов, узкая направленность сигналов при относительно малых размерах передающих антенн и др.).

Рис. 1.

Современные генераторные лампы

Быстрое освоение СВЧ-диапазона обусловлено бурным развитием радиолокации, радионавигации, радиорелейных и тропосферных линий связи.

Во всех этих системах СВЧ-приборы определяют основные тактико-технические данные аппаратуры и их энергетический потенциал.

Множество задач, решаемых радиоэлектронной аппаратурой разнообразного назначения, требует различных частот и различного уровня выходной мощности. Эти обстоятельства определяют техническую необходимость создания большого количества типов СВЧ-приборов. Электронная промышленность выпускает сотни типов СВЧ-приборов.

На рис. 2 показан один из СВЧ-приборов – мощный импульсный клистрон. Его импульсная мощность соизмерима с мощностью целого агрегата Волжской гидроэлектростанции. Для изготовления такого клистрона применяется сложное оборудование, например, откачное глубоковакуумное оборудование, мощные энергетические испытательные установки.

Для решения других радиотехнических задач используются сверхминиатюрные СВЧ-приборы. Самый миниатюрный клистрон с выходной мощностью в десятки милливатт соизмерим с величиной спичечной головки (рис. 3). Чувствительность СВЧ приборов такова, что они позволяют обнаруживать сигналы, мощность которых сопоставима с мощностью излучения, падающего на 1 м² земной поверхности, если излучателем является стеариновая свеча, горящая на Луне. Такая чувствительность позволяет принимать информацию от космических летательных аппаратов, посылаемых человеком за сотни миллионов километров к другим планетам Солнечной системы.

Рис. 2. Мощный импульсный клистрон

Рис. 3. Миниатюрный клистрон

Как следствие этого, конструкция СВЧ-приборов очень сложна (рис. 4). Например, усилительно-преобразовательный клистрон средней сложности состоит более чем из 250 деталей и узлов; детали изготовлены из 25 видов материалов; процесс изготовления прибора состоит из 800 операций; при изготовлении прибора используется более 40 единиц специального оборудования (без измерительных приборов).

Рис. 4. СВЧ-приборы различных типов

Отечественная СВЧ-электроника обеспечивает создание радиоэлектронной аппаратуры на современном научно-техническом уровне.

СВЧ-электроника в наши дни все больше применяется не только в системах радиоэлектронного вооружения, но и в различных отраслях техники и народного хозяйства, в том числе:

– в ядерной физике, где

мощные клистроны используются для ускорения элементарных частиц;

– в химии для обработки и структурного упрочения в СВЧ-поле стеклопластика и полимерных материалов;

– в пищевой промышленности для быстрого приготовления пищи путем СВЧ-нагрева.

СВЧ-энергия используется для получения низкотемпературной плазмы, сушки древесины, контроля влажности зерна и многих других целей.

Электронно-лучевые приборы

Электронно-лучевые приборы, являющиеся сложными преобразователями информации, находят широкое применение в разнообразных радиоэлектронных устройствах. Примером служит хорошо известный всем кинескоп – основной элемент телевизора – или осциллографическая трубка – важнейшая часть осциллографической аппаратуры различного назначения.

Развитие электронных приборов характеризуется все большим их усложнением; это обусловлено возникновением новых задач и необходимостью расширения выполняемых функций. В качестве примера можно рассмотреть усложнение кинескопов в связи с переходом на цветное телевизионное вещание. Разработка цветного кинескопа стоила американской фирме RCA 200 млн долл. и продолжалась 15 лет. Устройство кинескопа показано на рис. 5.

Рис. 5. Устройство цветного кинескопа

В цветном кинескопе три электронных прожектора; электронные пучки, создаваемые каждым прожектором, должны поочередно сходиться в одном отверстии маски, а таких отверстий в маске 500 тысяч.

Экран кинескопа покрыт не сплошным однородным слоем люминофора, а состоит из 1 500 000 одинаковых по размеру точек синего, зеленого и красного люминофора, расположенных в строго определенном порядке.

Каждый из трех электронных пучков должен попадать на люминофорные пятна только своего цвета, зажигая их с заданной яркостью 12 млн раз в секунду. Расположение цветных точек экрана и отверстий маски должно быть согласовано с точностью 10–15 мкм и таких согласований 500 тыс.

Изготовление маски представляет собой сложный многоступенчатый процесс фотолитографических и физико-химических операций высокой точности.

Материалом для изготовления маски служит низкоуглеродистая сталь высокой однородности, прокатанная с точностью +2 мкм при толщине 150 мкм. К сожалению, наша промышленность пока не в состоянии обеспечить нас хорошим металлом и некоторыми химическими материалами для электронных приборов цветного телевидения, поэтому совершенствование качества цветных кинескопов и снижение их стоимости является комплексной задачей, требующей участия многих министерств.

Цветные кинескопы выпускает вновь построенный завод «Хроматрон» (рис. 6).

Рис. 6. Участок нанесения люминофоров (завод «Хроматрон»)

Помимо кинескопов, электроннолучевые приборы включают в себя множество других классов приборов, предназначенных для оборонной техники, научных исследований и других областей. Небольшая часть таких приборов показана на рис. 7.

Рис. 7. Электронно-лучевые приборы