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.