二战之前为何没有雷达?因为没有磁控管,磁控管是何原理?

科学信仰 2024-07-28 16:21:19

在第二次世界大战期间,同盟国与轴心国之间最大的技术差距是什么?就是雷达。

在二战结束之前,几乎所有的同盟国都拥有了精度达到厘米级的雷达,无论是天上的飞机,还是海里的潜艇,在盟军面前都无所遁形,这是德日等轴心国完全不能比拟的。为什么盟军的雷达技术可以遥遥领先呢?因为磁控管。可以说磁控管的发明极大地缩短了二战胜利的时间、减小了战争所带来的伤亡。磁控管是什么?它又是怎么发明的呢?其实早在19世纪,人类就洞悉了雷达的原理,但因为技术水平的限制,却没有办法制造出真正的雷达。

雷达的原理其实再简单不过,就是发射电磁波,然后等待电磁波撞上飞机反射回来,可问题是电磁波这种东西实在是不好发射,因为发射功率很难提上去。

为了解决这一问题,一个新的东西出现了,它就是磁控管。最初的磁控管很是简单,就是一圈阳极罩着一个灯丝。灯丝在被加热之后,会释放出电子,电子带负电,所以会迅速跑向外圈的阳极。电子加速会导致电流变大,从而影响磁场,电磁波也就产生了。

初代的磁控管很容易便做了出来,但并没有什么用,因为灯丝到外圈阳极的距离很短,所以辐射效率很低。

真正意义上的磁控管其实诞生于1920年,美国科学家阿尔伯特·赫尔在初代磁控管的上下两端增加了两块磁铁,此时,灯丝加热所释放的电子会因洛伦兹力的作用,在磁控管内打转,这样一来,磁控管的体积虽然没有增加,但电子从灯丝到阳极的距离却大幅增加了,电磁波的辐射强度也就得到了提升。

不过这种强度的磁控管用来制造军用雷达还是不够看,因为这种强度的电磁波最多只能发现敌机,精度一塌糊涂,根本弄不准敌机到底在哪里。

怎么才能进一步提高磁控管的电磁波强度呢?虽然在世界各地有无数科学家针对这一问题进行研究,但始终没有进展,直到二战爆发之后的1940年,一切才有了突破。英国伯明翰大学的约翰·兰德尔与哈里·布特对磁控管外围阳极进行了改进,开凿出很多孔槽,名为“谐振腔”。电子来到槽壁时,会将槽壁上的负电子排斥到另一槽壁,于是两个槽壁一个带正电,一个带负电,就成为了一个电容器。

当电容放电,周围会产生感应磁场,感应磁场又会产生感应电流,反过来给电容充电,于是电子会在电容的两侧来回运动,这就是谐振。

阳极中的电子往复运动,所产生的吸引和排斥作用会导致阴极发射出的电子受到影响,于是大量电子便会在其中不断转圈,所产生的振荡电流就会形成超大量的电磁波了。真正可以用于制造军用雷达的磁控管终于诞生了。英国发明出磁控管之后,因为研发经费不足,赶忙将其卖给了美国,很快,精度可达厘米级的军用雷达便在麻省理工诞生了。

从1941年到1945年,短短的四年时间之内,美国就运用英国发明的磁控管开发出了100多种不同频段的雷达,不仅能准确定位敌机和舰船的位置,甚至连伸出水面的一个小小的潜望镜都能够探测到。

很快,磁控管雷达就成为了盟军的标配,德日等轴心国飞机和潜艇的威力因此而大幅减弱了。毫无疑问,磁控管的出现大大提高了二战胜利的速度,而在科技突飞猛进的今天,磁控管则已经退出了军用雷达的历史舞台,转而进入了千家万户,加热剩饭剩菜实在是非常方便。

1 阅读:9

科学信仰

简介:科学是一种规律,信仰是一种态度。