Tubo de Ondas Viajantes, TWT
Tubos de onda progressiva, TWTs, e amplificadores de tubo de onda progressiva, TWTAs, usam a tecnologia de tubo de vácuo para fornecer altas potências de saída em frequências de micro-ondas.
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Tubo de Vácuo / Válvulas Termiônicas Inclui:
Noções Básicas | Como funciona um tubo | Eletrodos de tubo de vácuo | Válvula de diodo / tubo | Triodo | Tetrodo | Tetrodo de Feixe | Pentodo | Equivalentes | Conexões de pinos | Sistemas de numeração | Soquetes / bases de válvulas | Tubo de onda viajante
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O tubo de onda progressiva é uma forma de válvula ou tubo termiônico que ainda é usado para projetos de amplificadores de micro-ondas de alta potência.
Apesar de existirem muitas formas de dispositivos semicondutores de micro-ondas, os TWTs ainda são usados porque são capazes de fornecer níveis de desempenho em algumas áreas que os dispositivos semicondutores ainda não são capazes de atender.
Noções básicas de tubos de ondas viajantes
O tubo de onda progressiva pode ser usado para projetos de amplificadores de RF de banda larga, onde até agora tem um bom desempenho em relação a dispositivos que usam tecnologias mais recentes. Os TWTs são usados em aplicações que incluem radiodifusão, radar e transponders de satélite. O TWT ainda é amplamente utilizado, apesar do fato de que a tecnologia de semicondutores está avançando o tempo todo.
O tubo de onda progressiva, TWT, tem uma largura de banda alta em comparação com muitos outros projetos e pode operar em bandas de até uma oitava, embora seja possível utilizar projetos de banda estreita quando as aplicações assim o exigirem. O TWT é essencialmente um amplificador de micro-ondas e os amplificadores TWT podem ser usados em frequências que variam de cerca de 300 MHz até 40 ou 50 GHz e fornecem níveis de ganho de até 40 dB em um único dispositivo.
Amplificadores TWT, TWTAs podem consistir em dois tipos. Os tipos de banda larga geralmente usam amplificadores TWT helicoidais e normalmente são capazes de desenvolver potências de até 2,5 kW. Para aplicações de amplificadores de RF de banda estreita é possível usar TWTs de cavidade acoplada e estes podem fornecer níveis de potência de até 15 kW.
TWT história e desenvolvimento
O tubo de onda progressiva pode traçar suas origens até os primeiros dias do desenvolvimento da válvula termiônica ou do tubo de vácuo. Sem o desenvolvimento desses dispositivos, o tubo de ondas progressivas não seria possível. O próprio tubo nasceu da necessidade de amplificadores de RF de microondas de alta potência eficientes na Segunda Guerra Mundial.
O TWT foi realmente inventado e desenvolvido pela primeira vez por um engenheiro chamado Rudolf Kompfner em um laboratório de pesquisa de radar britânico baseado no governo. Ele desenvolveu a teoria básica do TWT e o dispositivo prático. Tanto a teoria do TWT quanto o próprio tubo foram posteriormente refinados por Kompfner e John Pierce no Bell Labs nos EUA.
TWT Construção
O tubo de onda progressiva, TWT, pode ser dividido em vários elementos principais separados:
- Tubo de vácuo
- Canhão de elétrons
- Ímã e estrutura de focagem
- entrada de RF
- Hélice
- saída de RF
- Colecionador
Operação de tubo de onda viajante
O tubo de onda progressiva, TWT, está contido dentro de um tubo de vácuo de vidro. Isso obviamente mantém o vácuo necessário para a operação do TWT.
Dentro do tubo de onda progressiva, o primeiro elemento é o canhão de elétrons que compreende principalmente um cátodo aquecido e grades. Isso produz e então acelera um feixe de elétrons que viaja ao longo do comprimento do tubo.
Para que os elétrons viajem como um feixe apertado ou estreito ao longo do comprimento do tubo de onda progressiva, um ímã e uma estrutura de focalização são incluídos. O campo do ímã mantém o feixe tão estreito quanto necessário e, dessa forma, garante que o feixe se desloque ao longo do comprimento do TWT.
A entrada de RF consiste em um acoplador de direção que pode estar na forma de um guia de onda ou de uma bobina eletromagnética. Este é posicionado perto do emissor do canhão de elétrons e induz corrente na hélice (veja abaixo).
Uma hélice é uma parte essencial do tubo de onda progressiva. Ele atua como uma linha de atraso, na qual o sinal de RF viaja quase na mesma velocidade ao longo do tubo que o feixe de elétrons. O campo eletromagnético devido à corrente na hélice interage com o feixe de elétrons, causando o agrupamento dos elétrons em um efeito conhecido como modulação de velocidade e o campo eletromagnético resultante da corrente do feixe induz mais corrente de volta à hélice. Desta forma, a corrente aumenta e o sinal é amplificado.
A saída de RF do tubo de onda progressiva consiste em um segundo acoplador direcional. Novamente, isso pode ser uma bobina eletromagnética ou um guia de ondas. Este é posicionado perto do coletor e recebe a versão amplificada do sinal da extremidade da hélice do canhão de elétrons ou emissor.
Um atenuador é incluído na hélice, geralmente entre as seções de entrada e saída da hélice TWT. Isso é essencial para evitar que a onda refletida volte para o cátodo do canhão de elétrons.
O coletor finalmente coleta e absorve o feixe de elétrons. É nessa área que altos níveis de energia podem ser dissipados e, portanto, essa seção do tubo de onda progressiva pode ficar muito quente e exigir resfriamento.
Aplicações de tubos de ondas viajantes
Existem muitas áreas em que os amplificadores TWT são usados. Eles são uma forma ideal de amplificador de RF para satélites e, como resultado, são amplamente usados para transponders de satélite, onde sinais de baixo nível são recebidos e precisam ser retransmitidos em níveis muito mais altos. Além disso, os amplificadores TWT são usados em sistemas de radar de microondas, onde são capazes de produzir os altos níveis de potência necessários. Tubo de onda viajante, a tecnologia TWT também é usada para aplicações de guerra eletrônica. Nessas aplicações, a grade no tubo de onda progressiva pode ser usada para pulsar a transmissão.
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