Kdysi jsem trochu dělal do elektrotechniky, elektroniky, mám elektrotechnické vzdělání, v Pardubicích byla Tesla, vyráběly se zde radiolokátory, exkurze po vysílačích apod., takže o této problematice něco vím. Jelikož toto téma nelze plně pochopit bez technických znalostí, pokusím se zde něco „odborně“ vysvětlit, resp. co pamatuji. Teslácké magnetrony pro radiolokátory byly přeladitelné externí dutinou, která spolu s kapalinovým chlazením anody významně stabilizovala pracovní kmitočet, jehož stabilita je důležitým parametrem provozu indikace pohyblivých cílů. Zásobníková katoda prodlužovala životnost magnetronů, skleněný isolátor katody umožňuje použití getru a kontrolu vakua. Tesla vyráběla různé typy magnetronů od kmitočtu 2,7 GHz až po 9,5 GHz.
Byl tady spor mezi michanem a Algernonem, každý měl v něčem pravdu … každopádně se pokusím poskytnout objektivní obraz, nemá příliš smyslu hledat tyto informace na internetu, dějiny píší vítězové, a ty také zkreslili tuto oblast. Magnetron už byl znám dávno před válkou, někdy kolem roku 1925, nebyl možná tehdy tak dokonalý, ale princip byl zřejmý.
Magnetron je v podstatě vakuová dioda s válcovou anodou a axiální katodou, umístěná v magnetickém poli tak, že magnetické siločáry mají směr osy diody. Vypadá to jako nízký válec – vnější prstenec je anoda, po obvodu umístěny rezonátory, uprostřed je umístěna trubice – katoda. Vložíme-li na elektronku anodové napětí, vytvoří se mezi katodou a anodou radiální elektrické pole. V případě, že magnetická indukce je nulová, bude se elektron pohybovat z katody na anodu. V přítomnosti magnetického pole se trajektorie elektronu zakřiví, při překonání určité meze magnetické indukce se bude v důsledku zkřížení polí (jedno pole mezi katodou a anodou x druhé pole vliv magnetické indukce), bude elektron pohybovat po dráze kružnice, resp. cykloidy.
Tak a nyní připojíme mezi katodu a anodu vysokofrekvenční kmitavý obvod, a magnetron nám začne sloužit jako zesilovač těchto vysokofrekvenčních kmitů, neboť dobře zfázované elektrony magnetronu předávají část energie získané od anodového potenciálu vysokofrekvenčnímu poli. Tím, že je vf. poli neustále dodávaná energie, udrží si magnetron své kmity, a tak si magnetron udrží nejen své vlastní kmity, ale může dodávat vf. energii i do vnější zátěže (energie se odebírá pomocí vazební smyčky, rezonátoru a k zátěží – anténě se přivádí vlnovodem). Popsaný typ oscilací v magnetronu poprvé pozoroval a zveřejnil český fyzik profesor A. Žáček, a to už v roce 1924 - literatura - MERGL, L.: Magnetron – jeho vznik a přínos Augusta Žáčka k jeho vývoji (Magnetron tube – contribution of the Czech physicist August Žáček to its development).
Jak známo, než se vymyslel tranzistor tak se používaly elektronky. Tranzistor pracuje na polovodičové technologii, která byla objevena až po druhé světové válce. Tranzistory lze snadno vyrábět, nezaberou tolik místa jako elektronky, a mají menší spotřebu elektrické energie, naproti tomu se mohou zničit jaderným výbuchem, EMP, elektronky jsou proti EMP odolné. Ale zpět k elektronkám, radarům a pásmům.
Jak známo, radiolokátor obvykle nevysílá vlny stále, ale v pulsech. Radar vyšle puls, a čeká než se vrátí odražená vlna zpět, a tento cyklus se v intervalech opakuje.
Pásmo -- frekvence --- délka vlny --- použití
HF --- 3-30 MHz --- 10-100 m --- pobřežní radarové systémy, zjišťování nad horizontem (OTH) radary - odraz od ionosféry, (HF - High Frequency).
VHF --- 50-330 MHz --- 0,9-6 m --- velmi dlouhý dosah, (VHF - Very High Frequency).
UHF --- 300-1000 MHz --- 0,3-1 m --- velmi dlouhý dosah, systémy včasné výstrahy proti balistickým raketám, (UHF - ultra high frequency).
L --- 1-2 GHz --- 15-30 cm --- dlouhý dosah, kontrola leteckého provozu, (L - Long).
S --- 2-4 GHz --- 7,5-15 cm --- přistávací radary, námořní radary, (S - Short).
C4 --- 8 GHz --- 3,75-7,5 cm --- satelitní systémy
Zjednodušeně řečeno se pulsy vysílané radarem šíří stejně rychle jako světlo tj. c = 300 000 m/s, ve vakuu, ovšem jinak záleží na prostředí šíření, vliv má počasí, apod.
Zjednodušené vzorce:
c = s/t [m/s]
f = 1/t [Hz]
c … rychlost světla
s … vzdálenost
t … čas
f … frekvence
Co se týče německého radiotechniky před válkou – podávám následující – v roce 1927 pracoval na Technické univerzitě v Darmstadtu, Dr. Hans E. Hollmann, který vyvinul zařízení pracující na decimetrových vlnách. V roce 1928 obhájil svoji práci "Barkhausen" – elektronkový oscilátor. Poté založil se svým přítelem Hansem-Karlem von Willisenen spolu s dalším mužem Guentherem Erbsloehem společnost GEMA. Hollmann a von Willisen byly technici a Erbsloeh byl manažer.
GEMA postavila v roce 1934 radar, který byl schopen odhalit lodě. Radar pracoval na 50 cm vlně a měl dosah 10 km, tento pulsní radar byl roku 1935 umístěn na lodi "Koenigsberg". Radar používal Braunschenovu trubici, neboť původně vyvinutý magnetron se ukázal jako nestabilní.
A ostatní svět - v roce 1934 byl vynalezen zdroj elektromagnetických vln na 3 GHz, výkon 0,5 MW, tzv. CW (continuous wave).
Společně s výzkumem radaru se pracovalo na využití tepelného - infračerveného záření k detekci objektů (dosah byl zhruba 3 km, což zatím nedostačovalo, ale bylo to vážnou konkurencí radaru, obzvláště v Německu byl vývoj zařízení detekující infračervené záření na relativně vysoké úrovni).
CW radary nepulsují, mají nevýhodu, že neodhalí Dopplerův posun u pohyblivého cíle a tak obvykle nezměří vzdálenost, protože neexistují žádné pulsy v čase. Aby bylo možné korigovat tento problém, může být měněna frekvence signálu v průběhu času. Když je odraz přijat, může se zjistit o jakou jde frekvenci.
V letech 1941-45 se vynaložilo na výzkum a vývoj v oblasti radaru okolo 3 miliard dolarů.
Závěr – možné principy radiolokace byly známy, již před válkou bylo možné sestrojit kmitavé obvody – oscilátory – s menší i vysokou frekvencí – problém nastával až při zesilování tohoto signálu – radary vyžadovaly velké výkony, aby dokázaly zachytit letadla na velké vzdálenosti, zřejmě snaží bylo sestrojit radary pracující na delších vlnách, ty ovšem neměly takovou rozlišovací schopnost a přesnost. Když se podařilo zdokonalit magnetron, takový aby byl stabilní, aby dokázal udržet frekvenci a patřičně ji zesílit … mohl nastat další rozvoj.

magnetron_princip

magnetron_schema.

Wurzburg_receiver_shema.