Matkustava aaltolamppu

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 15. heinäkuuta 2017 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 12 muokkausta .

Liikkuva aaltolamppu (TWT) on sähkötyhjiölaite , jossa liikkuvan sähkömagneettisen aallon ja samaan suuntaan liikkuvan elektronivirran vuorovaikutusta käytetään synnyttämään ja/tai vahvistamaan sähkömagneettisia mikroaaltovärähtelyjä (toisin kuin taaksepäin suunnattu aaltolamppu (WOW) ) . .

Johdanto

Rudolf Kompfner loi liikkuvan aaltolampun ensimmäisen kerran vuonna 1943 (muiden lähteiden mukaan vuonna 1944).

Liikkuvan aallon putket on jaettu kahteen luokkaan: TWT - tyyppi O ja TWT-tyyppi M.

Tyypin O laitteissa elektronien kineettinen energia muunnetaan mikroaaltokentän energiaksi tämän kentän aiheuttaman elektronin hidastumisen seurauksena. Tällaisten lamppujen magneettikenttä on suunnattu säteen etenemissuuntaa pitkin ja se palvelee vain jälkimmäisen fokusoimista.

M-tyypin laitteissa katodilta anodille toistuvan hidastuvuuden ja kiihtyvyyden seurauksena siirtyvien elektronien potentiaalienergia siirtyy mikroaaltokentän energiaksi . Keskimääräinen kineettinen energia pysyy vakiona. Tällaisten laitteiden magneettikenttä on suunnattu kohtisuoraan säteen etenemissuuntaan nähden.

TWT type O

Laite ja toimintaperiaate

Liikkuvan aallon lamppujen (TWT) toimintaperiaate perustuu elektronivirran pitkäaikaisen vuorovaikutuksen mekanismiin liikkuvan sähkömagneettisen aallon kentän kanssa. Kuvassa on kaaviomaisesti esitetty TWT-laite. Elektroniase tuottaa elektronisuihkun, jolla on tietty poikkileikkaus ja intensiteetti. Elektronin nopeus määräytyy kiihdytysjännitteen mukaan. Pitkittäisen magneettikentän luovan tarkennusjärjestelmän avulla saadaan tarvittava säteen poikkileikkaus koko hidastusjärjestelmän reitille. TWT:ssä elektronitykki, kierukkamainen hidasaaltojärjestelmä ja kollektori sijoitetaan lasista metalliin tai metalliin astiaan, kun taas tarkennussolenoidi sijaitsee ulkopuolella. Kierre kiinnitetään dielektristen sauvojen väliin, joiden mikroaaltohäviöiden tulee olla pienet ja lämmönjohtavuuden hyvä. Viimeinen vaatimus on tärkeä keski- ja korkeatehoisille lampuille, kun spiraali lämpenee elektronien laskeuman vuoksi ja tämä lämpö on poistettava, jotta spiraali ei pala.

Hidastusjärjestelmän tulossa ja lähdössä on erikoislaitteet sen sovittamiseksi siirtolinjoihin. Jälkimmäinen voi olla joko aaltoputki tai koaksiaalinen. Tulo vastaanottaa mikroaaltosignaalin, joka vahvistetaan laitteessa ja lähetetään lähdöstä kuormaan.

Lampun koko vahvistuskaistalle on vaikea saada hyvää yhteensopivuutta. Tästä syystä on olemassa sisäisen takaisinkytkennän vaara, koska sähkömagneettinen aalto heijastuu hidastuvan järjestelmän päissä, kun taas TWT voi lakata toimimasta vahvistimena. Itsevirityksen eliminoimiseksi otetaan käyttöön absorboija, joka voidaan valmistaa absorboivan keraamisen sauvan muodossa tai absorboivien kalvojen muodossa.

Parametrit ja ominaisuudet

Vahvistusparametri

Vahvistusparametri on dimensioton tekijä:

$C={\sqrt[ {3}]{{\frac {R_{{CB}}I_{0}}{4U_{0}}}}}$ , jossa on kytkentäresistanssi, on katodivirta ja TWT-elektronipistoolin viimeisen anodin potentiaali. $R_{{CB}}$ $I_0$ $U_{0}$

C - arvot ovat ~0,1-0,01.

Gain

TWT - vahvistus lineaarisessa tilassa on suoraan verrannollinen C - parametriin .

Keski- ja suuritehoisen TWT:n vahvistuksen todella saavutettavissa oleva arvo on 25-40 dB eli jonkin verran pienempi kuin monionteloisten klystronien (60 dB). Pienitehoisissa TWT:issä vahvistus voi olla 60 dB.

Taajuusalue

TWT:n erityisen arvokas ominaisuus on niiden laajakaista. TWT:n vahvistus vakiokiihdytysjännitteellä voi pysyä lähes muuttumattomana laajalla taajuuskaistalla - noin 20 - 50 % keskitaajuudesta. Tässä suhteessa TWT:t ovat huomattavasti parempia kuin vahvistavat klystronit, jotka voivat tarjota erittäin suuren vahvistuksen, mutta joilla on paljon kapeampi taajuuskaista.

Teholähtö

Käyttötarkoituksesta riippuen TWT:itä tuotetaan lähtötehoille mW:n murto-osista (pientehoiset ja hiljaiset TWT:t mikroaaltovahvistimissa) kymmeniin kW (tehokkaat TWT:t mikroaaltolähettimissä) jatkuvassa tilassa ja enintään useita MW pulssitilassa.

Pien- ja keskitehoisissa TWT:issä käytetään kierteisiä hidasaaltojärjestelmiä ja suuritehoisissa TWT:issä käytetään kytkettyjen resonaattorien ketjuja.

Tehokkuus

Hidastusjärjestelmän läpi lentävät elektronit antavat osan kineettisestä energiastaan mikroaaltokenttään, mikä johtaa elektronien nopeuden laskuun. Mutta tämä rikkoo vaihesovituksen ehtoa V e ≅ V f . Tämä tarkoittaa TWT:n tehokkuuden päärajoitusta, joka liittyy mahdottomuuteen siirtää elektronien koko kineettistä energiaa mikroaaltokenttään: elektronikimput siirtyvät hidastuvan kentän alueelta kiihdyttävän alueen alueelle.

Elektronin nopeuden alaraja määräytyy hitaan aallon vaihenopeuden mukaan . Siksi hyötysuhteen tulisi olla sitä suurempi, mitä suurempi alkuelektronin nopeus ylittää aallon vaihenopeuden hidastavassa järjestelmässä. Kuitenkin, kun epäsynkronismi lisääntyy, ryhmittely hidasaaltojärjestelmän tuloosassa heikkenee ja vahvistus pienenee jyrkästi. Siten TWT:n maksimaalisen tehokkuuden ja suuren vahvistuksen vaatimukset osoittautuvat ristiriitaisiksi.

LBVO:n hyötysuhteen todellinen arvo on 30-40 %.

Sovellus

Pienitehoisia TWT:itä käytetään tulovahvistimissa, keskitehoisia välivahvistimissa ja suuritehoisia mikroaaltovärähtelyjen lähtötehovahvistimissa.

Tyyppi M TWT

Ero TWT-tyypistä O

TWT-tyypissä M, toisin kuin TWT:ssä, on kaksi olennaista ominaisuutta:

Elektronien suotuisin vuorovaikutus liikkuvan aallon kanssa ja energian siirtyminen elektroneista kenttään tapahtuu, kun keskimääräinen elektronin nopeus ja aallon vaihenopeus ovat täsmälleen samat ( V e = V f ). Päinvastoin, energian siirtämiseksi elektroneista kenttään TWT-tyypissä O vaaditaan, että elektronit liikkuvat hieman nopeammin.
TWT:ssä elektronit antavat kentälle vain ylimääräisen kineettisen energian , joka vastaa elektronien ja aallon nopeuksien eroa. Tehoa rajoittaa näiden nopeuksien välinen sallittu ero. Kentälle siirretty energia otetaan kiihdytysjännitelähteestä . LBVM:ssä elektronien kineettinen energia ei muutu, ja elektronien potentiaalienergia siirtyy kenttään. $U_{0}$

Laite ja toimintaperiaate

Lampussa on kaksi pääosaa: injektiolaite ja vuorovaikutustila.

Injektiolaite, joka koostuu lämmitetystä katodista ja ohjauselektrodista, mahdollistaa nauhaelektronivirran muodostamisen ja sen viemisen vuorovaikutustilaan.

Vuorovaikutustila, joka koostuu aaltoputkisisääntulosta , absorboijasta, anodin hidasaaltojärjestelmästä, aaltoputkilähdöstä, kollektorista ja kylmäkatodista, varmistaa elektronien vuorovaikutuksen mikroaaltokentän kanssa. Tällaisen vuorovaikutuksen luomiseksi on välttämätöntä täyttää ehto

$V_{0}={\frac {E_{0}}{B}}$ , jossa on alkuperäinen virtausnopeus vuorovaikutusavaruuden sisäänkäynnissä, on translaationopeus ristikkäisissä sähkö- ( ) ja magneettikentissä ( ). $V_{0}$ ${\frac {E_{0}}{B}}$ $E_{0}$ $B$

Kun tämä ehto täyttyy, elektronit liikkuvat mikroaaltokentän puuttuessa suorassa linjassa kohti kollektoria. Koska alkuperäinen virtausnopeus määräytyy suhteessa

$V_{0}={\frac {E_{{control}}}{B}}$ , niin yllä oleva ehto pienenee arvoon

$E_{0}=2E_{{control}}$

Laitteen parametrit valitaan siten, että kun hidasaaltojärjestelmän sisäänmenoon ilmaantuu mikroaaltosignaali jossakin sen tilaharmonisista, M-tyypin laitteiden vaihesovituksen ehto ( V 0 = V f ) täyttyy. Tässä tapauksessa tämän harmonisen sähkökentän hidastuvissa puolijaksoissa tapahtuu mikroaaltosignaalin energian kasvu elektronien potentiaalienergian vähenemisen vuoksi. Vahvistettu mikroaaltosignaali saapuu hidastuvan järjestelmän lähtöön, ja elektronit asettuvat kollektorille.

Tyypin M kulkeva aaltoputki, samoin kuin tyypin O kulkeva aaltoputki, on laajakaistavahvistin, ja siksi siinä on mahdollista itseherätys johtuen vahvistetun signaalin heijastuksesta hidastusjärjestelmän lähdöstä. Absorberia käytetään estämään itseviritystä.

Parametrit ja ominaisuudet

Gain

Kuvassa on tyypillinen näkymä vahvistuksen riippuvuudesta ottotehosta. Tulosignaalin matalilla tasoilla TWT:n lähdön värähtelyjen amplitudi ja vahvistuksen arvo kasvavat suoraan suhteessa tulosignaalin arvoon. Sidosta tarkkaillaan, kunnes elektronit alkavat pudota kollektorin sijaan anodille hidastuvan järjestelmän lopussa. Tässä tapauksessa lähtötehon kasvu hidastuu ja TWT:n vahvistus pienenee.

Vahvistus todellisissa M-tyypin liikkuvassa aaltoputkissa on 40 dB tai enemmän.

Taajuusalue

TWT-pohjaisten vahvistimien toimintataajuuksien kaistanleveys saavuttaa 30 % keskimääräisestä toimintataajuudesta ja sen määrää hidasaaltojärjestelmän dispersio-ominaisuus.

Teholähtö

LBVM:n lähtöteho jatkuvassa tilassa saavuttaa useita kilowatteja , pulssitilassa - useita megawatteja.

Tehokkuus

TWT:n vahvistimen hyötysuhde voidaan arvioida sen perusteella, että suurin potentiaalienergia, jonka elektroni voi siirtää mikroaaltokenttään , $E_{{potti}}=eU_{0}$

Elektronin kineettinen energia, jota ei anneta mikroaaltokenttään:

$E_{{kin}}={\frac {mv_{e}^{2}}{2}}={\frac {mE_{0}^{2}/B^{2}}{2}}$

Todellisissa laitteissa sen hyötysuhde ei ylitä 70%.

TWT:n luominen Neuvostoliitossa

Ensimmäinen kotimainen TWT-tyyppinen UV-1 luotiin Neuvostoliiton puolustusministeriön tykistöpääosaston NII-5:ssä (nykyisin OAO Moskovan instrumenttiautomaation tutkimuslaitos (MNIIPA) ). UV-1-työn suora toteuttaja oli A. V. Ievsky ; M. F. Stelmakh ja M. A. Bruk osallistuivat aktiivisesti . Vahvistustilassa toiminut UV-1-lamppu ja sen myöhemmät modifikaatiot erottuivat alhaisella kohinakertoimella, mikä oli tuolloin erinomainen saavutus. Tämä saavutettiin kehittämällä erityinen hiljainen elektronitykki . Ennen sitä kaikissa TWT:issä käytettiin niin sanottuja "Pierce-ase-aseita", joilla oli korkea oma melutaso. Tämän aseen anodi oli kytketty kierteeseen, joka ei sallinut erillistä anodin jännitteen, josta melu riippui voimakkaasti, ja kierteen jännitteen, joka valittiin tarpeesta täyttää synkronointiehdot hidas avaruusvarausaalto elektronisäteessä ja kenttäaalto heliksissä. MA Bruk kehitti erityisiä oksidikatodeja, joiden elektronien emissio katodin pinnasta oli tasainen. Toinen anodi asetettiin pistooliin, mikä mahdollisti erillisen jännitteen säädön. TWT-kohinakerroin pieneni lähes suuruusluokkaa.

Nykyaikaiset TWT-valmistajat

Euroopan unioni –Thalesryhmä [2]
USA – L3HARRIS Electron Devices [3]
USA – CPI International [4]
Yhdistynyt kuningaskunta -Teledyne e2v [5]
Yhdistynyt kuningaskunta – TMD Technologies[6]
Israel -Israel Aerospace Industries
Japani – Net Comsec Co Ltd
Intia - Kasvusäädöt
Venäjä -JSC "Pluton"
Venäjä -Istok ydinvoimala
Venäjä -Almazin ydinvoimala
Kiina – Beijing BOE Vacuum Technology Co.,Ltd[7]

Katso myös

Muistiinpanot

↑ Rovensky G. V. Myakinkov Juri Pavlovich - 10. elokuuta 2013 päivätyn TWT-arkistokopion johtava kehittäjä Wayback Machinessa . Fryazino, 2013, 114 s. ISBN 978-5-9901378-4-4 .
↑ Liikkuvat aaltoputket . Thales Group . Haettu 21. lokakuuta 2020. Arkistoitu alkuperäisestä 14. huhtikuuta 2021.
↑ Travelling Wave Tubes . L3Harris™ nopea. eteenpäin . Haettu 21. lokakuuta 2020. Arkistoitu alkuperäisestä 28. marraskuuta 2020.
↑ Ulkona liikkuvat aaltoputkivahvistimet (TWTA:t) - Satcom & Medical Products: Satcom Products, Communications & Power Industries (CPI ) . C.P.I. International . Haettu 21. lokakuuta 2020. Arkistoitu alkuperäisestä 28. lokakuuta 2020.
↑ Kytketyt onkaloiset liikkuvat aaltoputket (CCTWT ) . e2v . Haettu 21. lokakuuta 2020. Arkistoitu alkuperäisestä 26. syyskuuta 2020.
↑ Aleksi. Mikroaaltouunin putket . TMD Technologies (7. maaliskuuta 2016). Haettu 21. lokakuuta 2020. Arkistoitu alkuperäisestä 28. lokakuuta 2020.
↑ Pääsivu . _ Beijing BOE Vacuum Technology Co., Ltd. Haettu 23. lokakuuta 2020. Arkistoitu alkuperäisestä 28. heinäkuuta 2020.

Kirjallisuus

Trubetskov D.I., Khramov A.E. Mikroaaltoelektroniikasta luentoja fyysikoille. - M. : Fizmatlit, 2003. - T. 1. - 496 s.
Kuleshov V.N., Udalov N.N., Bogachev V.M. ja muut , värähtelyjen generointi ja radiosignaalien muodostus. - M. : MPEI, 2008. - 416 s. - ISBN 978-5-383-00224-7 .
Trubetskov D.I., Vdovina G.M. Lamppu, jossa on liikkuva aalto (historia henkilöissä ja kohtaloissa) // UFN. - 2020. - T. 190 . — S. 543–556 . - doi : 10.3367/UFNr.2019.12.038707 .

Elektroniset tyhjiölaitteet (paitsi katodisäde )
Generaattori ja vahvistinlamput	Triodi tetrodi palkki tetrodi Pentode heksod heptodi Pentagrid lokakuu Nonod Magnetron Amplitron Platinotron Virkator Klystron Matkustava aaltolamppu Backwave lamppu Gyrotron
muu	Sähkötyhjiödiodi Kenotron röntgenputki Tyhjiöfluoresoiva ilmaisin Maaginen silmä Tyhjiövalokenno kuvanvahvistinputki Valokuvan monistin Toissijainen elektronikerroin Selectron mekatroni
Suoritustyypit	Octal Sormi Rod Nuvistor tammenterho Mayachkovaya Metalli-keramiikka Yhdistetty
Rakenteelliset elementit	Anodi Katodi suora hehku Epäsuora hehku kenttäpäästöt Valokatodi Dinod Lämmitin Ruudukko johtaja Antidynatron Suojaus katodinen Getter sokkeli