Кажется, что радиолампы остались в далеком прошлом — там, где радиола уютно пела голосом Утесова со скрипучей пластинки. Но это не совсем так — в современной действительности есть сфера, где вакуумным приборам по сей день нет равных. И это не аппаратура Hi-End, пользователи которой с религиозным фанатизмом убеждены, что лампы делают ее звучание лучше.
Лампы бегущей волны (ЛБВ) до сих пор применяются в высококлассных радиолокационных системах и системах радиоэлектронной борьбы, потому что они способны к генерации и усилению микроволновых сигналов с эффективностью и мощностью, недоступными транзисторам.
Однако размер ЛБВ, особенно высота, препятствует их использованию в фазированных антенных решетках нового поколения, особенно в самолетах, спутниках и стелс-платформах, где важны компактность и вес. Тем более что нужны десятки и сотни ламп, ведь каждая выдает ограниченную мощность.
Китайские инженеры смогли уменьшить мощную ЛБВ X-Ku диапазона (сантиметрового) до высоты всего 20 мм — менее половины толщины западных аналогов — при этом повысив производительность. Подробности раскрыла South China Morning Post. Разработка описана в китайском журнале Vacuum Electronics.
«Благодаря технологическим достижениям, отечественные миниатюризированные лампы бегущей волны значительно улучшились по ширине полосы, выходной мощности и эффективности, — говорится в статье. — Фазированные антенные решетки обычно состоят из сотен или тысяч элементов. Размер ламп бегущей волны или микроволновых усилительных модулей напрямую влияет на ключевые параметры антенны, такие как уровень боковых лепестков, а также определяет общий вес системы и ее адаптивность к различным платформам».
В основе этого прорыва лежит философия точного инжиниринга: оптимизировать все, ничего не оставлять на волю случая и выжимать максимум из мельчайших деталей.
Новая ЛБВ заключена в монолитный корпус, изготовленный методом интегральной сварки, что устраняет необходимость в переходной оболочке между электронной пушкой и системой фокусировки на постоянных магнитах (PPM).
Это нововведение сократило высоту и улучшило структурную целостность, но создало новую проблему — уменьшенное магнитное пространство могло искажать электронный пучок. Поэтому PPM переработали, уменьшив толщину магнитов и внутренний диаметр, а затем перенастроили геометрию полюсных наконечников для сохранения стабильного осевого магнитного поля.
Еще одной проблемой миниатюризации стал риск пробоя в электронной пушке. Уменьшенная до размеров меньше дюйма, она потребовала исключительно точного контроля электрических полей. Оптимизировав вакуумный зазор между катодом и сеткой, улучшив поверхность керамической изоляции и скруглив острые края электродов, конструкторы добились, чтобы напряженность поля оставалась ниже порога пробоя — с запасом прочности более чем в 1,5 раза от рабочего напряжения.
На выходном конце заменили алюминиевые кожухи коллектора, который поглощает отработанные электроны и рассеивает тепло, на керамику из оксида бериллия. Алюминий и бериллий — родственные металлы с очень схожими свойствами, но это небольшое изменение дало колоссальный эффект: теплопередача выросла в 9–10 раз.
В результате ЛБВ размерами всего 185×30×20 мм обладает выходной мощностью более 549 Вт, коэффициентом усиления 26 дБ и эффективностью передачи электронного пучка свыше 97% во всем диапазоне. Построенный на ее основе микроволновый усилительный модуль имеет размеры 280×130×22,1 мм — примерно как iPad.
Эта миниатюризация — не единичное достижение, а часть системных научных вложений в развитие китайской радиолокационной техники. Инженеры совершенствуют алгоритмы формирования луча, снижают отражения в соединителях, оптимизируют диэлектрические материалы и повышают эффективность отвода тепла на микроуровне.
Результаты налицо. На выставке World Radar Expo в Хэфэе Китай представил более сотни новых радиолокационных систем — авиационных, морских, космических и наземных, работающих в микроволновом, миллиметровом и даже терагерцовом диапазонах, среди которых были квантовые радары и когнитивные системы электронной войны, способные обучаться и адаптироваться в реальном времени.
В Китае изобрели «телепатическое» радио
На смену Wi-Fi придет в 100 раз более быстрый Li-Fi
Подписывайтесь и читайте «Науку» в Telegram