Способов возбуждения незатухающих колебаний ультра-высокой частоты (ультра-коротких волн) много. Различие в этих способах основано на различии тех режимов, той обстановки, в которых работает возбуждающая колебания катодная лампа. Но даже если остановиться на наиболее изученном способе возбуждения колебаний посредством катодной лампы, — когда на анод подается какое-то высокое напряжение, а сетка соединяется с катодом или имеет близкий к катоду потенциал, — то и этот один способ осуществляется посредством различных схем. Эти схемы, названные по именам их авторов схемами Мени, Хольборна и др., отличаются друг от друга конфигурацией проводов и распределением зарядов по проводам схемы. Причиной этого обстоятельства является тот факт, что размеры катодной лампы и даже соединительных проводов сравнимы с длиной волны, т. е. время, в течение которого электромагнитное возмущение распространяется по электродам лампы и вводам, вполне сравнимо с периодом колебаний ультра-высокой частоты, генерируемой схемой. Поэтому конфигурация проводов и выполнение монтажа приобретают решающее значение, а группировка приборов по способу выполнения монтажа вылилась в резкое различие между вышеприведенными «схемами».
Ниже мы разберем одну схему генератора для ультра-коротких волн, которая может также служить и для приема этих волн и которая может быть использована при всех не слишком густосеточных лампах, где другие схемы могут дать иногда и лучший результат. Также она может с успехом применяться при двухсеточных лампах микро ДС, включенных по схеме экранирования анода.
Эта схема по идее ближе всего подходит к трехточечной схеме генератора (рис. 1) и получается из нее путем уменьшения емкости конденсатора до пределов собственной емкости катушки и уменьшения самоиндукции этой катушки до самоиндукции двух металлических прутков (рис. 2). Таким образом колебательный контур теряет характерные для обычного контура сосредоточенные емкость и самоиндукцию и превращается в участок лехеровой системы с распределенными по ней самоиндукцией и емкостью. Эта лехерова система сравнительно слабо нагружена на конце емкостью сетка-анод лампы (а иногда и емкостью дополнительного небольшого переменного конденсатора настройки); эта емкость обычно составляет лишь часть распределенной емкости. Большой конденсатор С остается в схеме и служит для блокировки батареи и шнуров питания. В отношении токов высокой частоты он играет роль мостика, включенного в пучность тока лехеровой системы. Распределение потенциала по обоим проводам лехеровой системы схематически показано на рис. 3: разноименные пучности напряжения располагаются на электродах лампы — аноде и сетке.
Конструктивное осуществление этой схемы в целом не сложно, оно сводится к закреплению в изоляторах токонесущих проводов вблизи пучности тока и к надежному присоединению этих проводов к электродам лампы.
Оба провода лехеровой системы — сеточный и анодный — должны обладать очень малым сопротивлением, поэтому их надо выбирать очень толстыми (порядка 5 миллиметров в диаметре и больше); можно также сделать их из медной трубки, так как токи ультра-высокой частоты распределяются исключительно в поверхностном слое металла. В случае круглого сечения проводов можно рекомендовать расстояние между проводами в пределах от двух до четырех диаметров просвета (от 3 до 5 диаметров между осями проводов); такое соотношение расстояний и диаметров изображено на рис. 4, где в масштабе вычерчены провода лехеровой системы в разрезе для частного случая, когда их диаметр 5 мм, а расстояние (просвет между ними) трехкратное. Если мы провода расположим ближе, то чересчур возрастет распределенная емкость и убавится распределенная самоиндукция, что затруднит возникновение колебаний. Если разнести провода слишком далеко, то сильно возрастет сопротивление излучения той рамки, которую, в сущности, представляет этот участок лехеровой системы, что в свою очередь затруднит возникновение колебаний. Оптимальное расстояние лежит в вышеуказанных пределах.
Для настройки генератора на данную волну и для изменения этой настройки может служить небольшой конденсатор, включаемый параллельно участку сетка-анод лампы (рис. 5).
Можно наметить и другие способы изменения настройки генератора, воздействующие, например, на самоиндукцию контура; но существует способ, особенно удобный в данных условиях и при описываемой схеме. Этот способ поясняется рис. 6. Представим себе участок лехеровой системы, имеющий на обоих концах по переменному конденсатору (С1 и С2); очевидно, что мы можем разбить нашу лехерову систему на два участка линией а—б так, что оба участка (каждый со своим конденсатором) будут настроены на одну волну. Если конденсатор C1 меньше С2, то прилежащий к нему участок будет соответственно больше.
При изменении емкости конденсатора С2 меняется соотношение между длинами прилежащих условных участков, а потому меняется и длина волны, при чем большему значению конденсатора С2 соответствует и большая длина волны системы. На рис. 6 нанесено распределение зарядов на такой сдвоенной системе, подобно тому, как на рис. 3 нанесено распределение зарядов на одинарном участке. В применении к ламповому генератору схема рис. 6 преобразуется в схему рис. 7. Существенным в этой схеме является присоединение проводов питания (в точках а и б). Эти точки определяются подбором, причем при некоторой средней волне они точно совпадают с соответствующими точками (пучность тока, узел напряжения) схемы рис. 6. При более длинной волне (при большем значении емкости переменного конденсатора С2) пучность сдвигается к переменному конденсатору, подводящие проводники а и б выходят из нее в одну сторону; при более короткой волне они выходят из пучности в другую сторону. Поэтому, чтобы они не вносили больших нарушений в колебательный процесс, необходимо, чтобы они служили дросселями, принимающими в себя очень малые токи сравнительно с токами в лехеровой системе. Для этого при более длинных ультра-коротких волнах, метров от 4—5 и выше, полезно применять именно небольшие дросселя, непосредственно прикрепленные к проводам лехеровой системы, как это показано в сеточном проводе при точке б. При более коротких волнах бывает достаточно самоиндукции одних прямолинейных проводов, чтобы достичь той же цели. Во всяком случае изготовление и подбор этих дросселей из одного—полутора десятков витков диаметром 1—2 см не сложен, но следует учесть то обстоятельство, что при больших дросселях схема «склонна рассматривать» этот дроссель как самоиндукцию колебательного контура и дает поэтому вместо ультра-короткой волны паразитное колебание на более длинной волне. Поэтому во время подбора дросселей необходимо одновременно вести контроль получающейся волны.
Что касается величины конденсатора настройки, то удобным значением максимальной емкости следует считать 50—100 см. При этом, чем меньше будет начальная емкость его, тем больший диапазон он перекроет.
Связь генератора с антенной осуществить проще всего посредством витка, располагаемого вблизи пучности тока на лехеровой системе. Однако этот простейший способ и наименее совершенный, так как ничтожное дрожание этого витка весьма сильно влияет на длину волны генератора, особенно если антенна близка к резонансу.
Второй способ предпочтительно применяется при простейшей антенне — одинарном проводе длиной в полволны. Заключается этот способ в том, что этот провод располагают перпендикулярно к лехеровой системе и одним концом присоединяют к какой-то точке на лехеровой системе генератора (рис. 8). В силу такого присоединения этому концу сообщается то же переменное напряжение, которое соответствует данной точке генератора (согласно рис. 6). Поэтому и на самом проводе-антенн появляется некоторое распределение напряжения, как это показано на рис. 8.
Длину этого провода надлежит выбрать так, чтобы на нем укладывалась половина средней волны; при изменениях емкости переменного конденсатора эта волна будет меняться и в антенне, причем ее излучающие свойства, как известно, меняются при малых изменениях волны не сильно.
Особенно ценным свойством этого способа связи антенны с генератором является возможность менять силу тока в этой антенне и в частности выбирать эту силу тока максимальной; тогда и излучаемая этой антенной мощность будет максимальная.
Смысл этого подбора условий для максимальной излучаемой мощности сводится к тому, что если антенна присоединяется слишком близко к точке а, то ее концу сообщаются и слишком малые колебательные напряжения. Если же она присоединена слишком близко к аноду, то излучаемая ею мощность так нагружает генератор, что он «садится», и колебания в нем срываются. Среднее наивыгоднейшее положение определяется на опыте.
А. Б.