Gama de frecvență ultrahigh: o sursă de microunde - la frecvențele articolul microunde
Progresul rapid în domeniul tehnologiei cu microunde într-o mare măsură legată de inventarea dispozitivelor electronice speciale - clistron și magnetron capabile să genereze cantități mari de energie de microunde. Generator pentru tranzistor vid convențional utilizat la frecvențe joase este foarte ineficient în gama de microunde.
Cele două dezavantaje principale ale tranzistorului ca un generator de microunde sunt timpul de tranzit finit de electroni și capacitate interelectrodic. Prima se referă la faptul că electronul necesită un anumit timp (deși mici) pentru a zbura între electrozii tubului de vid. În acest timp, câmpul de microunde este timpul pentru a schimba direcția sa este inversată, astfel încât electronul este forțat să se întoarcă înainte de a ajunge la celălalt electrod. Ca urmare, electronii oscila în interiorul lămpii inutil fără a da energia la circuitul de oscilație a circuitului extern.
Magnetron. Într-un magnetron, inventat în Marea Britanie, înainte de al doilea război mondial, aceste defecte sunt absente, ca bază adoptat o abordare complet diferită la generarea de radiații cu microunde - principiul rezonator cavității. La fel ca un tub de orgă de această dimensiune are propriile sale frecvențele de rezonanță acustice și în cavitatea rezonantă are propriile sale rezonante electromagnetice. Pereții acționează cavitatea ca o inductanță, iar spațiul dintre ele - ca o anumită capacitate circuit rezonant. Astfel, rezonatorul cavitatea este similar cu circuitul rezonant paralel oscilator de frecvență joasă cu condensatoare și bobine separate. Dimensiunile rezonatorului cavitatea sunt alese, desigur, astfel încât această combinație de capacitate și inductanță corespunde cu frecvența de rezonanță dorită a ultra-înaltă.
In magnetronului (Fig. 1) prezintă mai multe cavități dispuse simetric în jurul catod la centru. Aparatul este amplasat între polii unui magnet puternic. Electronii emisi de catod, sub influența câmpului magnetic sunt forțate să se deplaseze de-a lungul traiectorii circulare. Viteza lor este de așa natură încât acestea sunt la o centrare de timp fix la periferia sloturilor deschise rezonatoare. În același timp, ei renunță la energia lor cinetică, oscilații interesantă în rezonator. Apoi, electronii se întoarcă la catod, iar procesul se repetă. Cu acest aparat timpul de zbor și nu interferează cu interelectrodic capacitate de energie generatoare de microunde.
Magnetroane pot fi făcute de mari dimensiuni, iar apoi acestea dau un puternic impulsuri de microunde de energie. Dar magnetron are dezavantajele sale. De exemplu, rezonatoare pentru frecvențe foarte înalte sunt atât de mici încât sunt dificil de fabricat și magnetron, astfel, din cauza dimensiunii lor mici, nu poate fi suficient de puternic. Mai mult, este nevoie de magnetron pentru magnet grele, în care masa dorită a magnetului crește cu puterea dispozitivului. Prin urmare, puternice magnetroane nu sunt potrivite pentru aeronave la bord.
Clistron. Pentru a face acest lucru, alte dispozitive electronice, bazate pe un principiu ușor diferit, nu are nevoie de un câmp magnetic exterior. Clistron (fig. 2), electronii se deplasează într-o linie dreaptă de la catod la placa despărțitoare, iar apoi din nou. Astfel, acestea traversează cavitatea deschise decalaj în formă de gogoașă. Plasa grila de control și rezonatorul sunt grupate în electroni individuale „cheaguri“, astfel încât electronii traversează rezonator decalaj numai în anumite perioade. Golurile dintre fascicule aliniate cu frecvența de rezonanță a rezonatorului, astfel încât energia cinetică a electronilor rezonator transmise, prin care electromagnetice puternice oscilații stabilite în acesta. Acest proces poate fi comparat cu leagănă ritmic al leagăn fixe originale.
Primele dispozitive clistron au fost destul de scăzut de putere, dar s-au despartit mai târziu, toate înregistrările magnetroane ca generatoarele de microunde de mare putere. clistroane au fost create prezintă 10 Mill. watt per impuls și până la 100 mii. wați în modul continuu. Sistemul de cercetare clistroane accelerator liniar de particule 50 de ieșiri Mill. Puls putere watt microunde.
Clistroane pot opera la frecvențe de până la 120 de miliarde de hertzi .; Cu toate acestea, în timp ce producția lor este de obicei mai mică de un watt. Structura dezvoltat variante clistron proiectat pentru o putere mare de ieșire în intervalul milimetru.
Clistron poate servi și ca amplificatoare ale semnalelor de microunde. Pentru aceasta, semnalul de intrare este furnizat plasa cavitatea rezonatorului și apoi densitatea fasciculele de electroni variază în conformitate cu acest semnal.
Un tub cu undă (TWT). Un alt tub cu vid pentru generarea și amplificarea undelor electromagnetice ale benzii de microunde - un tub cu undă. Este un tub subtire evacuat inserat în bobina magnetică de focalizare. În interiorul tubului există o spirala lent-sârmă. De-a lungul axei elicei trece fasciculul de electroni, iar unda de semnal amplificat rulează la helix. Diametrul, lungimea și înălțimea elicei, iar viteza de electroni sunt selectate astfel încât electronii sunt date la o parte din energia cinetică a undei de deplasare.
Undele radio calatoresc la viteza luminii, în timp ce viteza de electronii din fasciculul este mult mai mică. Cu toate acestea, din moment ce semnalul de microunde este forțat să urmeze helix, viteza de avansare sale de-a lungul axei tubului aproape de viteza fascicul de electroni. Prin urmare, valul de călătorie suficient de lung pentru a interacționa cu electronii și amplificat prin absorbția energiei lor.
În cazul în care lampa este furnizat un semnal extern, apoi se amplifică zgomotul electric aleatoriu pe o anumită frecvență de rezonanță și TWT funcționează ca un val de deplasare oscilator cu microunde, nu de putere.
Puterea de ieșire a TWT este semnificativ mai mică decât cea a magnetroane și clistroane la aceeași frecvență. Cu toate acestea, TWT poate fi amplasat într-o gamă de frecvențe extrem de largă și poate servi ca un foarte sensibile amplificatoare de zgomot redus. Această combinație de proprietăți face dispozitivul foarte valoros tehnologia cu microunde TWT.
tranzistori de aspirare plat. Deși clistroane și magnetroane sunt mai preferate ca generatoarele de microunde, datorită îmbunătățirilor aduse un anumit grad de vid restaurat triode rol important, mai ales ca amplificatoare la frecvențe de până la 3 miliarde. Hertz.
Dificultățile asociate cu trecerea timpului, sunt eliminate datorită distanțelor foarte mici între electrozi. Nedorit capacitate interelectrodic sunt reduse la minimum, deoarece electrozii sunt ochiurilor de plasă și toate conexiunile externe sunt realizate pe inele mari, care sunt în afara lămpii. Așa cum obișnuiește în arta cu microunde, rezonatorul cavitatea utilizată. Rezonator acoperă bine lampa și conectori inel asigură un contact pe întreaga circumferință a cavității.
Generator Gunn. Un astfel de generator de microunde semiconductor a fost propus în 1963 Dzh.Gannom, angajat Uotsonovskogo Centrul de Cercetare IBM Corporation. În prezent, aceste dispozitive oferă puterea doar de ordinul a milliwatts la frecvențe mai mici de 24 de miliarde. Hertz. Dar, în aceste limite el are avantaje clare față de clistron consum redus de energie.
Deoarece dioda Gunn este un singur cristal de arseniu de galiu, este mai stabilă și durabilă, în principiu, decât clistron, în care catodul trebuie încălzit pentru a crea fluxul de electroni necesar și vid înaintat. Mai mult, dioda Gunn funcționează la tensiunea de alimentare relativ scăzută, în timp ce pentru puterea de clistron nevoie de surse voluminoase și scumpe, cu tensiuni de 1000 la 5000 V.