Travelling Wave Tube
Tubos de ondas viajantes são dispositivos de micro-ondas de banda larga que não possuem ressonadores de cavidade como os Klystrons. A amplificação é feita por meio da interação prolongada entre um feixe de elétrons e um campo de radiofrequência (RF).
Construção de tubo de ondas itinerantes
O tubo de ondas viajantes é uma estrutura cilíndrica que contém um canhão de elétrons de um tubo catódico. Possui placas anódicas, hélice e coletor. A entrada de RF é enviada para uma extremidade da hélice e a saída é retirada da outra extremidade da hélice.
Um canhão de elétrons focaliza um feixe de elétrons com a velocidade da luz. Um campo magnético guia o feixe para o foco, sem espalhamento. O campo de RF também se propaga com a velocidade da luz, que é retardada por uma hélice. Helix atua como uma estrutura de onda lenta. Campo de RF aplicado propagado em hélice, produz um campo elétrico no centro da hélice.
O campo elétrico resultante, devido ao sinal de RF aplicado, viaja com a velocidade da luz multiplicada pela razão entre o passo da hélice e a circunferência da hélice. A velocidade do feixe de elétrons, viajando pela hélice, induz energia às ondas de RF na hélice.
A figura a seguir explica as características de construção de um tubo de onda progressiva.
Assim, a saída amplificada é obtida na saída do TWT. A velocidade de fase axial $ V_p $ é representada como
$$ V_p = V_c \ left ({Pitch} / {2 \ pi r} \ right) $$
Onde ré o raio da hélice. Como a hélice fornece a menor mudança na velocidade de fase $ V_p $, ela é preferida em relação a outras estruturas de onda lenta para TWT. No TWT, o canhão de elétrons focaliza o feixe de elétrons, na lacuna entre as placas anódicas, para a hélice, que é então coletada no coletor. A figura a seguir explica os arranjos de eletrodos em um tubo de onda progressiva.
Operação do tubo de ondas itinerantes
As placas anódicas, quando em potencial zero, o que significa que quando o campo elétrico axial está em um nó, a velocidade do feixe de elétrons permanece inalterada. Quando a onda no campo elétrico axial está no antinodo positivo, o elétron do feixe de elétrons se move na direção oposta. Este elétron sendo acelerado, tenta alcançar o elétron tardio, que encontra o nó do campo axial de RF.
No ponto em que o campo axial de RF está no antinodo negativo, o elétron referido anteriormente tenta ultrapassar devido ao efeito de campo negativo. Os elétrons recebem velocidade modulada. Como resultado cumulativo, uma segunda onda é induzida na hélice. A saída se torna maior do que a entrada e resulta em amplificação.
Aplicações do tubo de ondas itinerantes
Existem muitas aplicações de um tubo de onda progressiva.
O TWT é usado em receptores de micro-ondas como um amplificador de RF de baixo ruído.
Os TWTs também são usados em links de comunicação de banda larga e cabos coaxiais como amplificadores repetidores ou amplificadores intermediários para amplificar sinais baixos.
Os TWTs têm uma longa vida útil do tubo, por isso são usados como tubos de saída de energia em satélites de comunicação.
Os TWTs de onda contínua de alta potência são usados em links Troposcatter, devido à grande potência e grandes larguras de banda, para espalhar a grandes distâncias.
Os TWTs são usados em radares pulsados de alta potência e radares terrestres.