Tubo dell'onda di viaggio
I tubi a onde mobili sono dispositivi a microonde a banda larga che non hanno risonatori a cavità come i Klystron. L'amplificazione avviene attraverso l'interazione prolungata tra un fascio di elettroni e un campo di radiofrequenza (RF).
Costruzione del tubo delle onde mobili
Il tubo a onde mobili è una struttura cilindrica che contiene un cannone elettronico da un tubo catodico. Ha piastre anodiche, elica e un collettore. L'ingresso RF viene inviato a un'estremità dell'elica e l'uscita viene prelevata dall'altra estremità dell'elica.
Un cannone elettronico focalizza un fascio di elettroni con la velocità della luce. Un campo magnetico guida il raggio verso la focalizzazione, senza dispersione. Il campo RF si propaga anche con la velocità della luce che viene ritardata da un'elica. Helix agisce come una struttura a onde lente. Il campo RF applicato propagato in elica, produce un campo elettrico al centro dell'elica.
Il campo elettrico risultante dovuto al segnale RF applicato, viaggia con la velocità della luce moltiplicata per il rapporto tra il passo dell'elica e la circonferenza dell'elica. La velocità del fascio di elettroni, che viaggia attraverso l'elica, induce energia alle onde RF sull'elica.
La figura seguente spiega le caratteristiche costruttive di un tubo a onde viaggianti.
Pertanto, l'uscita amplificata è ottenuta all'uscita di TWT. La velocità di fase assiale $ V_p $ è rappresentata come
$$ V_p = V_c \ left ({Pitch} / {2 \ pi r} \ right) $$
Dove rè il raggio dell'elica. Poiché l'elica fornisce il minimo cambiamento nella velocità di fase $ V_p $, è preferibile rispetto ad altre strutture ad onde lente per TWT. In TWT, il cannone elettronico concentra il fascio di elettroni, nello spazio tra le piastre anodiche, sull'elica, che viene quindi raccolta nel collettore. La figura seguente spiega la disposizione degli elettrodi in un tubo a onde mobili.
Funzionamento del tubo delle onde mobili
Le piastre anodiche, quando a potenziale zero, il che significa che quando il campo elettrico assiale è in un nodo, la velocità del fascio di elettroni rimane inalterata. Quando l'onda sul campo elettrico assiale è all'antinodo positivo, l'elettrone proveniente dal fascio di elettroni si muove nella direzione opposta. Questo elettrone, essendo accelerato, cerca di raggiungere l'ultimo elettrone, che incontra il nodo del campo assiale RF.
Nel punto in cui il campo assiale RF è all'antinodo negativo, l'elettrone indicato in precedenza, cerca di sorpassare a causa dell'effetto di campo negativo. Gli elettroni ricevono velocità modulata. Come risultato cumulativo, una seconda onda viene indotta nell'elica. L'uscita diventa maggiore dell'ingresso e si traduce in un'amplificazione.
Applicazioni del tubo dell'onda di viaggio
Ci sono molte applicazioni di un tubo a onde viaggianti.
TWT viene utilizzato nei ricevitori a microonde come amplificatore RF a basso rumore.
I TWT sono utilizzati anche nei collegamenti di comunicazione a banda larga e nei cavi coassiali come amplificatori ripetitori o amplificatori intermedi per amplificare i segnali bassi.
I TWT hanno una lunga durata del tubo, grazie alla quale vengono utilizzati come tubi di uscita di potenza nei satelliti di comunicazione.
I TWT ad onda continua ad alta potenza vengono utilizzati nei collegamenti troposcatter, a causa della grande potenza e delle ampie larghezze di banda, per diffondersi a grandi distanze.
I TWT sono utilizzati nei radar pulsati ad alta potenza e nei radar terrestri.