Труба бегущей волны
Лампы бегущей волны - это широкополосные микроволновые устройства, которые не имеют объемных резонаторов, таких как клистроны. Усиление происходит за счет длительного взаимодействия электронного луча и радиочастотного (РЧ) поля.
Конструкция трубки бегущей волны
Лампа бегущей волны представляет собой цилиндрическую конструкцию, которая содержит электронную пушку от катодной лампы. Имеет анодные пластины, спираль и коллектор. РЧ-вход отправляется на один конец спирали, а выходной сигнал - с другого конца спирали.
Электронная пушка фокусирует электронный луч со скоростью света. Магнитное поле направляет луч в фокус без рассеяния. Радиочастотное поле также распространяется со скоростью света, которая задерживается спиралью. Спираль действует как структура медленных волн. Приложенное РЧ поле, распространяющееся по спирали, создает электрическое поле в центре спирали.
Результирующее электрическое поле из-за приложенного радиочастотного сигнала распространяется со скоростью света, умноженной на отношение шага спирали к ее длине. Скорость электронного луча, проходящего через спираль, индуцирует энергию радиочастотных волн на спирали.
На следующем рисунке поясняются конструктивные особенности лампы бегущей волны.
Таким образом, усиленный выход получается на выходе ЛБВ. Осевая фазовая скорость $ V_p $ представлена как
$$ V_p = V_c \ left ({Pitch} / {2 \ pi r} \ right) $$
где r- радиус спирали. Поскольку спираль обеспечивает наименьшее изменение фазовой скорости $ V_p $, она предпочтительнее других медленных волновых структур для ЛБВ. В ЛБВ электронная пушка фокусирует электронный луч в зазоре между анодными пластинами на спираль, которая затем собирается на коллекторе. На следующем рисунке показано расположение электродов в лампе бегущей волны.
Работа лампы бегущей волны
Когда анодные пластины находятся под нулевым потенциалом, что означает, что осевое электрическое поле находится в узле, скорость электронного луча остается неизменной. Когда волна осевого электрического поля находится в положительной пучности, электрон электронного луча движется в противоположном направлении. Этот электрон, ускоряясь, пытается догнать поздний электрон, который встречает узел радиочастотного аксиального поля.
В точке, где аксиальное высокочастотное поле находится в отрицательной пучности, электрон, о котором говорилось ранее, пытается обогнать из-за эффекта отрицательного поля. Электроны получают модулированную скорость. В результате в спирали индуцируется вторая волна. Выходной сигнал становится больше входа и приводит к усилению.
Применение трубки бегущей волны
Лампа бегущей волны имеет множество применений.
ЛБВ используется в микроволновых приемниках в качестве малошумящего ВЧ-усилителя.
ЛБВ также используются в широкополосных каналах связи и коаксиальных кабелях в качестве усилителей-повторителей или промежуточных усилителей для усиления слабых сигналов.
ЛБВ имеют длительный срок службы ламп, поэтому они используются в качестве выходных ламп в спутниках связи.
ЛБВ с непрерывной волной высокой мощности используются в линиях тропосферного рассеяния из-за большой мощности и большой полосы пропускания для рассеяния на большие расстояния.
ЛБВ используются в мощных импульсных радарах и наземных радарах.