2. センチ波の鉱石検波器の研究 それまで電波探信儀もマイクロ波もほとんど知らなかった私たちは、菊池技師の指示で電波探信儀のための鉱石検波器の研究をすることになり、９月上旬にマグネトロンＭ６０を渡されて、波長10cmの試験用発振器をつくった。そして９月２５日、熊谷先生と私は鶴見海芝浦実験所で２号２型電波探信儀(２２号電探)を初めて見せられ、超再生受信機で対岸のエコーを検出する実験を見学した。 金属との接触点が整流作用を持つ鉱石は、酸化物、硫化物、炭化物など半導体でなければならない。東大にあった鉱石標本を初めとしていろいろの鉱石を集め、鉱石と金属針を接触させてその電圧・電流特性を調べた。鉱石検波器の特性は鉱石と金属針の接触点の位置や接触圧力によって非常に変わりやすい。感度の良い所を探しながら多数の点を調べるのに、電圧計と電流計を使ったのでは時間がかかって能率が上がらないので、鉱石検波器に交流電圧をかけてブラウン管に電圧・電流特性曲線を表示する簡単な装置(図1)を作って実験した(1)。
こうして測定された鉱石検波器の低周波特性とセンチ波の検波感度とを比較してみると、両者は必ずしも一致しないことが分かってきた。しかし一般にセンチ波で感度の良いものは低周波でも感度がよい。放送ラジオの受信によく使われた方鉛鉱は低周波では感度がよいが、センチ波ではほとんど例外なく感度が悪い。 -----------------------------------------------------------------------------------------------
当時は鉱石検波器の周波数特性を測定できるような信号発生器がなかった。各種の真空管発振器やマグネトロンを用い、二極真空管電圧計などによって鉱石検波器の印加電圧を不正確ながら一定にして、検波電流の周波数依存性を測定した。高周波の遮蔽も二極真空管電圧計の周波数特性も不完全だったので、測定誤差は大きいが、代表的な測定結果は図２のようになった(2)。これを見ても、方鉛鉱(galena)は周波数が高くなると急に感度が低下しているが、黄鉄鉱(pyrite)とシリコン(silicon)はマイクロ波まで感度を維持していることが分かる。
鉱石検波器の感度は接触点によって著しく違うので、感度の良いところを探ることが必要であったが、感度のよい点の分布は鉱石の産地によって異なることも分かってきた。各地の鉱山で産出する多数の黄鉄鉱の感度分布を調べた結果、群馬県西牧鉱山の黄鉄鉱が最もよいことを見いだした。それは数mmの大きさの５角１２面体結晶であって、他の黄鉄鉱がほとんどみな立方体結晶であるのと著しく違う。しかし、結晶形と検波感度との間に必然的な関係があるかどうかは分からなかった。黄鉄鉱を熱処理したり、結晶の自然面や劈開面を酸やアルカリで処理してみたりしても、感度の多少の劣化以外に何も決定的な結果は得られなかった。
実用的な鉱石検波器を作るには、探し当てた感度のよい接触をそのまま動かさないように安定に保持することが重要である。私たちは、鉱石と金属針との接触圧力を変えながら感度のよい接触点を探すのに便利なように図３のような構造の検波器を作って実験していた。この検波器は菊池技師に「マッチ箱のようで使い物にならん」といわれたが、接触圧力を微妙に調整して維持することができ、実験室で多数の試料の感度を調べるのに役立った。これがなかったら、西牧鉱山の黄鉄鉱が良いことを発見するまでに、何倍もの時間がかかっただろう。感度のよい接触点を見つけたとき外部からの振動にも耐えて使えるように固定する工夫をしたのが図４の(a)である。図４(ａ）で、下側にある鉱石をつけた金属ねじを調節して感度のよい接触が得られたとき、エボナイトのロックナットを回して固定する。こうすると、持ち運んだり、転がしたりしても感度が変わらない安定な鉱石検波器ができたので、その後の実験に用いられた。図４(ｂ）は電波探知機に鉱石検波器が採用されるようになったとき七欧無線で大量生産された検波器の構造である。
このようにして、感度がよくてかなり安定な鉱石検波器ができるようになったけれども、いくら良いといっても相対的な比較に過ぎなかった。そこで昭和1９年１月、その感度をいくらかでも定量的に測ることを試みた。出力約２０ｍＷのマグネトロンＭ６０の発振出力をどの程度の距離まで検出できるかを調べたのである。高利得の低周波増幅器を作って実験した結果、電磁ラッパを用いないでも、距離４５ｍで信号対雑音比(Ｓ／Ｎ)約２で受信でき、電磁ラッパをつけると約１０倍になった。これは、およそ10mV/mのマイクロ波電界を検出できることに相当する(*)。 --------------------------------------------------------------------------------------------- |
