Lámpara de onda trasera

La lámpara de onda inversa (BWO) es un dispositivo de electrovacío en el que, para generar oscilaciones electromagnéticas de microondas , se utiliza la interacción de un flujo de electrones con una onda electromagnética , que corre a lo largo de un sistema de desaceleración en la dirección opuesta a la dirección del movimiento de los electrones, para generar oscilaciones electromagnéticas de microondas (a diferencia de una lámpara de ondas viajeras (TWT) ).

Los BWO se utilizan en generadores de barrido y señal de amplio rango para mediciones de ingeniería de radio y espectroscopía de radio , principalmente para generar radiación de terahercios , en los osciladores locales de receptores sintonizables rápidamente, en los osciladores maestros de transmisores con agilidad de frecuencia, etc.

Historia

La primera información sobre el desarrollo de VWO apareció en 1948 en la URSS, el desarrollo fue realizado por M. F. Stelmakh y su personal en TsNII-108 ; más tarde en 1952 - en los Estados Unidos.

La idea de crear una WWO fue propuesta en 1948 por el científico soviético M.F. Stelmakh. El fenómeno de generar oscilaciones de microondas como resultado de la interacción de un haz de electrones y una onda hacia atrás fue observado y descrito por primera vez por el físico estadounidense S. Milman en 1950. El término "WOW" fue introducido por los científicos estadounidenses R. Kompfner y N. Williams en 1953, quien dio la primera descripción teórica del funcionamiento del dispositivo.

El creador del primer TWT soviético A. V. Ievsky , que trabajó durante décadas con Stelmakh, recordó que abordó la idea de un BWT en 1948 de una manera peculiar, sin utilizar los conceptos de BWT generalmente aceptados hoy en día como un dispositivo con retroalimentación distribuida o un dispositivo con inestabilidad absoluta:

Hablando sobre las tareas cotidianas del desarrollo de dispositivos de microondas con los empleados, Mitrofan Fedorovich abordó repetidamente el tema del uso de estructuras de onda lenta en forma de un sistema de pines opuestos para crear TWT amplificadores y generadores de mayor potencia. En un TWT en espiral convencional, se necesita retroalimentación para transferirlo al modo generador . Este último a menudo surge por sí mismo debido a la reflexión del campo de microondas] debido a algunas faltas de homogeneidad, por ejemplo, en una línea de desaceleración en espiral, o en el área del colector, y en este caso, para garantizar un modo de amplificación estable, se utiliza un absorbedor pulverizable. aplicado a una parte de la superficie interna del matraz TWT.
En el proceso de trabajar en un TWT con un sistema de pines de onda lenta, M. F. Stelmakh llamó la atención sobre el hecho de que el sistema de pines se diferencia del sistema en espiral por la presencia de falta de homogeneidad mucho más grande, de modo que los pines pueden proporcionar una reflexión trasera notable. del campo de microondas, que es necesario para la generación. El experimento confirmó completamente estas consideraciones: la generación se obtuvo en los primeros experimentos. Un poco más tarde, M. F. Stelmakh y sus colaboradores se dieron cuenta de que no se trataba solo de la reflexión tradicional de las heterogeneidades, sino de la reflexión distribuida en toda la longitud de la estructura de onda lenta de la lámpara, lo que inmediatamente planteó la cuestión de la sincronización espacial de la onda de reflexión. y la onda del campo amplificado o generado. Comenzaron los cálculos teóricos, que mostraron que la única onda de campo posible (sincronizada con la onda de reflexión) puede ser el armónico espacial inverso (menos el primero) del campo, es decir, en su forma pura, una onda hacia atrás.

Las lámparas de onda inversa se dividen en dos clases: BWO tipo O y BWO tipo M. En los dispositivos de tipo O, la energía cinética de los electrones se convierte en la energía de un campo de microondas como resultado de la desaceleración de los electrones por este campo. En los dispositivos de tipo M, la energía potencial de los electrones que se desplazan como resultado de la desaceleración y aceleración repetidas del cátodo al ánodo pasa a la energía del campo de microondas . La energía cinética media permanece constante.

El tubo de onda inversa tipo "M" a veces se denomina carcinotrón (o carcinotrón ) [1] . Más a menudo, este nombre se puede encontrar en la literatura extranjera.

LOV tipo O

Dispositivo y principio de funcionamiento

El cañón de electrones crea un haz de electrones que se mueven hacia el colector. La sección transversal del haz dada se mantiene constante por medio de un sistema de enfoque. Supongamos que se introduce una señal de microondas desde el lado del colector en el sistema de retardo del BWT, es decir, una onda se mueve a lo largo del sistema de retardo de derecha a izquierda con una velocidad de grupo v gr .

Si el sistema de desaceleración fuera homogéneo y su campo no contuviera inhomogeneidades espaciales, entonces la velocidad de fase de la onda estaría dirigida de la misma manera que la velocidad de grupo, es decir, hacia el movimiento de los electrones. No debe haber intercambio de energía entre la onda de microondas y el haz de electrones.

Sin embargo, si el sistema de desaceleración tiene una estructura periódica, entonces el campo electromagnético en él puede considerarse como la suma de un conjunto infinito de oscilaciones (modos) con diferentes frecuencias. Las velocidades de fase de estos modos se pueden dirigir tanto en la dirección del movimiento de la energía (ondas directas) como en la dirección opuesta ( ondas inversas ). Es posible seleccionar la tensión de aceleración ( ) para el haz de electrones de forma que se asegure el sincronismo entre los electrones y una de las ondas lentas hacia atrás ( V e ≅ V f ).

Luego, los electrones, uno a uno al pasar por las heterogeneidades, encuentran el campo eléctrico retardador ( fase ) de la oscilación de alta frecuencia, lo que lleva al hecho de que parte de la energía cinética del haz se transfiere al campo de microondas del retardador. sistema. En este caso, el flujo de electrones se modula de acuerdo con las velocidades de los electrones, lo que conduce a la modulación de la densidad de carga volumétrica del flujo de electrones (los electrones rápidos superan a los lentos). Este flujo modulado, moviéndose hacia el colector, induce una corriente de alta frecuencia en el sistema de retardo. Pero la energía de la onda con la que interactúan los electrones se mueve hacia el flujo de electrones. Como resultado, a la salida del sistema de desaceleración cerca del cañón de electrones, se crea un campo que excede la señal inicial. La lámpara adquiere las propiedades de un autogenerador .

Por lo tanto, el haz de electrones juega un papel doble en el BWO: como fuente de energía y como enlace a través del cual se produce la retroalimentación positiva. Esta conexión es inherente al principio mismo del BWO y es fundamentalmente inamovible, a diferencia de otros generadores de microondas.

Cuando se cambia la frecuencia del BWO, la onda de microondas puede reflejarse desde la carga y retroalimentarse al sistema de onda lenta. Esta onda reflejada puede interactuar con el flujo de electrones, lo que provocará un cambio en la potencia de salida . Para eliminar estos efectos, se enciende una carga autoconsistente (absorbedor) al final del sistema de onda lenta frente al colector.

Parámetros y características