Ultra-nagy frekvenciatartomány, enciklopédia a világ körül

HIGH FREQUENCY RANGE

A magnetron.

Az Egyesült Királyságban a második világháború előtt feltárt magnetronban ezek a hiányosságok hiányoznak, mivel az alapot a mikrohullámú sugárzás - az üreges rezonátor elve - teljesen más megközelítése teszi. Csakúgy, ahogy a fenti orgonacsövek saját akusztikus rezonancia frekvenciájukkal rendelkeznek, és az üreges rezonátor saját elektromágneses rezonanciái vannak. A rezonátor falai induktivitásként működnek, és a közöttük lévő tér a rezonáns áramkörök kapacitásaként működik. Így az üreges rezonátor hasonló a kisfrekvenciás generátor párhuzamos rezonáns áramköréhez, külön kondenzátorokkal és egy induktorral. Az üreges rezonátor méretét természetesen úgy választjuk meg, hogy egy adott rezonáns mikrohullámú frekvencia megfelel a kapacitás és az induktivitás adott kombinációjának.







A magnetronban (1. ábra) több üreges rezonátor található, amelyek szimmetrikusan helyezkednek el a középső helyen lévő katód körül. A készüléket egy erős mágnes pólusa közé helyezzük. Ebben az esetben a katód által kibocsátott elektronok, a mágneses mező hatására, körkörös pályák mentén kényszerülnek. A sebességük olyan, hogy a rezonátorok nyitott üregei egy bizonyos időre átjutnak. Ugyanakkor felhagynak a kinetikus energiájukkal, izgalmas rezgésekkel a rezonátorokban. Ezután az elektronok visszatérnek a katódhoz, és a folyamat megismétlődik. Egy ilyen eszköznek köszönhetően a tranzitidő és az elektróda kapacitása nem zavarja a mikrohullámú energia előállítását.

A magnetronok nagy méretűek lehetnek, majd erős mikroszonda impulzusokat adnak. De a magnetronnak hátrányai vannak. Például a nagyon nagy frekvenciájú rezonátorok olyan kicsiek, hogy nehezen gyárthatók, és a magnetron, kis mérete miatt, nem lehet elég erős. Ezenkívül a mágnesnek nehéz mágnesre van szüksége, és a mágnes szükséges tömege a készülék erejével növekszik. Ezért az erőteljes levegőbe helyezett berendezéseknél az erős magnetronok nem alkalmasak.

Ehhez az elektroacukkó berendezéshez, egy kissé eltérő elv alapján, nincs szükség külső mágneses mezőre. A ksztstronban (2. ábra) az elektronok egyenes vonalban mozognak a katódról a reflektáló lemezre, majd vissza. Eközben áthaladnak az üreges rezonátor nyitott résén, fánk formájában. Az ellenőrző rács és a rezonátor rácsok csoportosítják az elektronokat különálló "csomópontokká", így az elektronok csak a meghatározott időpontokban átlépik a rezonátor rést. A rögök közötti intervallumok a rezonátor rezonanciafrekvenciájával vannak koordinálva oly módon, hogy az elektronok kinetikus energiája átkerüljön a rezonátorba, aminek következtében erős elektromágneses oszcillációk jönnek létre. Ezt a folyamatot összehasonlíthatjuk az eredetileg mozdulatlan hinták ritmikus lendületével.







Az első klystronok meglehetősen alacsony teljesítményű eszközök voltak, de később a magnetronok összes rekordját feldarabolták nagy teljesítményű mikrohullámú generátorokként. Klystronokat hoztak létre, amelyek akár 10 millió watt teljesítményt termeltek az impulzusban és akár 100 000 watt folyamatos üzemmódban. A kutatási lineáris részecskegyorsító ksztisztron rendszere 50 millió watt mikrohullámú energiát termel az impulzusban.

A Klystrons akár 120 milliárd hertzer frekvencián is működhet; Mindazonáltal kimeneti teljesítményük általában nem haladja meg az egy wattot. A ksztstron tervezési lehetőségei, a milliméter tartományban nagy kimeneti teljesítményre tervezve.

A Klystrons mikrohullámú jelek erősítői is lehetnek. Ehhez a bemeneti jelet be kell táplálni az üreges rezonátor hálószemébe, majd az elektronsorozat sűrűsége ennek a jelnek megfelelően változik.

Utazó hullámcső (TWT).

A mikrohullámú sávban lévő elektromágneses hullámok előállításához és erősítéséhez egy másik elektroakkusz eszköz egy mozgó hullámcső. Ez egy vékony szivattyúzott cső, amely be van helyezve egy mágneses tekercsbe. A cső belsejében van egy retardáló huzal spirál. Egy elektronsugár halad a spirál tengelye mentén, és az amplifikált jel hulláma a spirál mentén halad. A spirál átmérőjét, hosszúságát és magasságát, valamint az elektronok sebességét úgy választják meg, hogy az elektronok mozgásuk egy részét mozgási energiájukhoz adják.

A rádióhullámok a fénysebesség mellett propagálnak, míg a gerenda elektronsebessége sokkal kisebb. Azonban, mivel a mikrohullámú jel spirálra kényszerül, a cső tengelye mentén előrelátható sebesség sebessége közel áll az elektronsugár sebességéhez. Ezért az utazó hullám sokáig kölcsönhatásba lép az elektronokkal, és növeli, elnyeli energiáját.

Ha a lámpa külső jelét nem alkalmazza, akkor a véletlenszerű elektromos zaj bizonyos rezonancia frekvencián erősödik, és a TWT hullámhosszú mikrohullámú generátor, nem pedig erősítő működik.

A TWT kimeneti teljesítménye sokkal kisebb, mint a magnetrons és a klystrons ugyanazon a frekvencián. Azonban a TWT-k lehetővé teszik a szokatlanul széles frekvenciatartományban történő hangolást, és nagyon érzékenyek az alacsony zajszintű erősítők. Ez a tulajdonságok kombinációja teszi a TWT-t egy nagyon értékes eszközként a mikrohullámú technológia számára.

Lapos vákuum triódák.

Bár a klystrons és a magnetronok előnyösebbek, mint a mikrohullámú generátorok, a fejlesztéseknek köszönhetően a vákuum triódák jelentős szerepe bizonyos mértékig visszaállt, különösen erősítőként, akár 3 milliárd hertzer frekvencián.

A repülési idővel kapcsolatos nehézségek kiküszöbölésére az elektródák közötti nagyon kis távolság miatt kerül sor. A nem kívánt interelektromos kapacitások minimálisra csökkentése, mivel az elektródákat hálóvá alakítják, és minden külső csatlakozást a lámpa melletti nagy gyűrűkkel végzik. Miként a mikrohullámú technológiában szokás, üreges rezonátort használnak. A rezonátor szorosan lefedi a lámpát, és a gyűrűs csatlakozók érintkeznek a rezonátor teljes kerületével.




Kapcsolódó cikkek