Wanderwellenröhre

Wanderwellenröhren sind Breitband-Mikrowellengeräte, die keine Hohlraumresonatoren wie Klystrons aufweisen. Die Verstärkung erfolgt durch die verlängerte Wechselwirkung zwischen einem Elektronenstrahl und einem Hochfrequenzfeld (RF).

Bau einer Wanderwellenröhre

Die Wanderwellenröhre ist eine zylindrische Struktur, die eine Elektronenkanone aus einer Kathodenröhre enthält. Es hat Anodenplatten, Helix und einen Sammler. Der HF-Eingang wird an ein Ende der Helix gesendet und der Ausgang wird vom anderen Ende der Helix gezogen.

Eine Elektronenkanone fokussiert einen Elektronenstrahl mit Lichtgeschwindigkeit. Ein Magnetfeld führt den Strahl zur Fokussierung ohne Streuung. Das HF-Feld breitet sich auch mit der Lichtgeschwindigkeit aus, die durch eine Helix verzögert wird. Die Helix wirkt als langsame Wellenstruktur. Das in der Helix ausgebreitete angelegte HF-Feld erzeugt ein elektrisches Feld in der Mitte der Helix.

Das resultierende elektrische Feld aufgrund des angelegten HF-Signals bewegt sich mit der Lichtgeschwindigkeit multipliziert mit dem Verhältnis von Helixabstand zu Helixumfang. Die Geschwindigkeit des Elektronenstrahls, der sich durch die Helix bewegt, induziert Energie für die HF-Wellen auf der Helix.

Die folgende Abbildung erläutert die Konstruktionsmerkmale einer Wanderwellenröhre.

Somit wird der verstärkte Ausgang am Ausgang von TWT erhalten. Die axiale Phasengeschwindigkeit $ V_p $ wird dargestellt als

$$ V_p = V_c \ left ({Pitch} / {2 \ pi r} \ right) $$

Wo rist der Radius der Helix. Da die Helix die geringste Änderung der Phasengeschwindigkeit von $ V_p $ liefert, wird sie für TWT anderen langsamen Wellenstrukturen vorgezogen. Bei der TWT fokussiert die Elektronenkanone den Elektronenstrahl im Spalt zwischen den Anodenplatten auf die Helix, die dann am Kollektor gesammelt wird. Die folgende Abbildung erläutert die Elektrodenanordnungen in einer Wanderwellenröhre.

Betrieb der Wanderwellenröhre

Die Anodenplatten haben bei einem Potential von Null, dh wenn sich das axiale elektrische Feld an einem Knoten befindet, die Elektronenstrahlgeschwindigkeit nicht beeinflusst. Wenn sich die Welle auf dem axialen elektrischen Feld im positiven Gegenknoten befindet, bewegt sich das Elektron vom Elektronenstrahl in die entgegengesetzte Richtung. Dieses Elektron, das beschleunigt wird, versucht, das späte Elektron einzuholen, das auf den Knoten des HF-Axialfeldes trifft.

An dem Punkt, an dem sich das HF-Axialfeld am negativen Gegenknoten befindet, versucht das zuvor erwähnte Elektron aufgrund des negativen Feldeffekts zu überholen. Die Elektronen erhalten eine modulierte Geschwindigkeit. Als kumulatives Ergebnis wird eine zweite Welle in der Helix induziert. Der Ausgang wird größer als der Eingang und führt zu einer Verstärkung.

Anwendungen von Wanderwellenröhren

Es gibt viele Anwendungen einer Wanderwellenröhre.

• TWT wird in Mikrowellenempfängern als rauscharmer HF-Verstärker verwendet.

• TWTs werden auch in Breitband-Kommunikationsverbindungen und Koaxialkabeln als Repeater-Verstärker oder Zwischenverstärker verwendet, um niedrige Signale zu verstärken.

• TWTs haben eine lange Röhrenlebensdauer, weshalb sie als Leistungsröhren in Kommunikationssatelliten verwendet werden.

• Hochleistungs-TWTs mit kontinuierlicher Welle werden in Troposcatter-Verbindungen aufgrund der großen Leistung und der großen Bandbreiten verwendet, um auf große Entfernungen zu streuen.

• TWTs werden in gepulsten Hochleistungsradargeräten und bodengestützten Radargeräten verwendet.