진행파관

Traveling-wave tube
나선형 TWT 절단도 (1) 전자총 (2) RF 입력 (3) 자석 (4) 감쇠기 (5) 나선형 코일 (6) RF 출력 (7) 진공관 (8) 수집기
1980년대 러시아 고리존트 통신 위성에 사용된 Ruselectronics TWT

이동파관(TWT, "트윗"[1]으로 발음) 또는 이동파관 증폭기(TWTA, "트위타"로 발음)는 전자제품에서 마이크로파 범위의 무선 주파수([2]RF) 신호를 증폭하는 데 사용되는 특수 진공관입니다.TWT는 Klystron과 같은 "선형 빔" 튜브의 범주에 속하며,[2] 이 튜브는 전자 빔의 전력을 흡수하여 전파를 증폭시킵니다.TWT에는 다양한 유형이 있지만 다음 두 가지 주요 범주가 있습니다.[2]

  • Helix TWT - 빔을 둘러싼 와이어 나선을 따라 이동하는 동안 전파가 전자 빔과 상호 작용합니다.대역폭은 넓지만 출력 전력은 수백 [3]와트로 제한됩니다.
  • 결합된 공동 TWT - 빔이 통과하는 일련의 공동 공진기에서 전파가 빔과 상호 작용합니다.이들은 협대역 전력 증폭기로 기능합니다.

일부 다른 마이크로파 튜브에 비해 TWT의 주요 장점은 넓은 주파수(대역폭)를 증폭할 수 있다는 것입니다.Helix TWT의 대역폭은 최대 2옥타브까지 할 수 있지만 캐비티 버전의 대역폭은 10~20%[2][3]입니다.동작 주파수는 300MHz ~[2][3]50GHz입니다튜브의 전력 이득은 약 40~70데시벨이며 [3]출력 전력은 수 와트에서 수 [2][3]메가와트까지입니다.

TWT는 모든 마이크로파 진공관 [2]판매량의 50% 이상을 차지한다.그것들은 레이더 시스템, 통신 위성 및 우주선 송신기, 전자전 시스템에서 [2]파워앰프와 발진기로 널리 사용된다.

나선형 TWT 도표

묘사

기본 TWT

TWT는 한쪽 끝에 전자총(전자를 방출하는 가열된 음극)이 있는 가늘고 긴 진공 튜브입니다.음극과 양극에 인가되는 전압은 전자를 튜브의 원단으로 가속시키고 튜브 주위의 외부 자기장은 전자를 빔에 집중시킨다.튜브의 다른 쪽 끝에서 전자가 "집전기"에 부딪히며, "집전기"는 전자를 회로로 돌려보냅니다.

빔 경로의 바로 바깥쪽에 있는 튜브의 안쪽을 감싸고 있으며, 일반적으로 산소가 없는 구리인 와이어가 있습니다.증폭되는 RF 신호는 튜브의 이미터 끝 부근의 지점에서 나선에 공급됩니다.신호는 보통 한쪽 끝에 배치된 도파관 또는 전자 코일을 통해 나선에 공급되며, 단방향 신호 경로인 방향성 결합기를 형성합니다.

가속전압을 제어함으로써 관을 흐르는 전자의 속도를 헬릭스를 흐르는 RF신호의 속도와 동일하게 설정한다.와이어의 신호는 전자가 흐르는 나선의 중심에서 자기장을 유도합니다.신호의 위상에 따라 전자는 권선을 통과할 때 속도가 빨라지거나 느려집니다.이것에 의해, 전자 빔이 「번치 업」해, 엄밀히 말하면 「속도 변조」라고 불립니다.빔의 전자 밀도 결과 패턴은 원래 RF 신호의 아날로그입니다.

빔이 나선을 통과하면서 신호가 달라지기 때문에나선 내에서 유도를 일으켜 원래의 신호를 증폭시킵니다.튜브의 다른 쪽 끝에 도달했을 때, 이 과정은 나선에 상당한 에너지를 다시 축적하는 데 시간이 걸렸습니다.콜렉터 근처에 위치한 제2방향 커플러는 RF회로의 원단으로부터의 입력신호의 증폭판을 수신한다.RF 회로를 따라 배치된 감쇠기는 반사파가 음극으로 되돌아가는 것을 방지합니다.

고출력 나선형 TWT는 특수한 전기적,[4][5] 기계적 및 열적 특성 때문에 일반적으로 산화 베릴륨 세라믹을 나선형 지지봉으로, 경우에 따라서는 TWT의 전자 수집기로 포함합니다.

비교

1976년부터 소련 UV-1008(Ω-1008) TWT, 도파관 입출력 포함

TWT와 유사한 방식으로 작동하는 RF 앰프 튜브가 다수 있으며, 이를 통칭하여 속도 변조 튜브라고 합니다.가장 잘 알려진 예는 클라이스트론입니다.이러한 모든 튜브는 증폭 과정을 제공하기 위해 동일한 기본 전자 "분출"을 사용하며 속도 변조를 일으키는 과정에서 크게 다릅니다.

클라이스트론에서 전자빔은 소스 RF신호에 접속된 공진 캐비티의 구멍을 통과한다.전자가 구멍을 통과하는 순간 신호는 전자가 가속(또는 감속)되는 원인이 됩니다.전자는 더 빠른 전자가 더 느린 전자를 추월하는 "드리프트 튜브"로 들어가 번치를 만들고, 그 후에 전자는 출력 전력을 얻는 또 다른 공명 공동을 통과합니다.속도 분류 과정은 시간이 걸리기 때문에 드리프트 튜브의 길이는 종종 수 피트여야 합니다.

이에 비해 TWT에서 가속도는 튜브의 전체 길이를 따라 나선과의 상호작용에 의해 발생한다.이를 통해 TWT는 설계의 주요 장점인 매우 낮은 노이즈 출력을 가질 수 있습니다.보다 유용한 것은 이 프로세스가 튜브의 물리적 배치에 훨씬 덜 민감하기 때문에 TWT가 더 다양한 주파수로 작동할 수 있다는 것입니다.TWT는 낮은 노이즈와 주파수 변동성이 유용할 [6][7]때 일반적으로 유리합니다.

커플링 캐비티 TWT

나선형 TWT는 나선형 와이어의 전류 처리(따라서 두께)에 의해 최대 RF 출력이 제한됩니다.전력 레벨이 높아지면 와이어가 과열되어 나선의 형상이 뒤틀릴 수 있습니다.와이어 두께를 증가시켜 문제를 개선할 수 있지만 와이어가 너무 두꺼우면 적절한 작동을 위해 필요한 나선 피치를 얻을 수 없게 됩니다.일반적으로 나선형 TWT는 2.5kW 미만의 출력 전력을 달성합니다.

커플링 캐비티 TWT는 빔을 따라 축 방향으로 배치된 일련의 커플링 캐비티로 나선을 대체함으로써 이러한 한계를 극복합니다.이 구조는 헬리컬 도파로를 제공하므로 속도 변조를 통해 증폭이 발생할 수 있습니다.나선형 도파관은 매우 비선형적인 산포를 가지고 있기 때문에 협대역일 뿐이다(그러나 클라이스트론보다 넓다).커플링 캐비티 TWT는 60kW의 출력 전력을 얻을 수 있습니다.

결합 캐비티 TWT는 드리프트 튜브 대신 저속파 구조 간에 감쇠로 설계된다는 점을 제외하면 klystron과 작동 방식이 유사합니다.저속파 구조는 TWT에 넓은 대역폭을 제공합니다.자유 전자 레이저는 더 높은 주파수를 허용합니다.

진행파관 증폭기

조정된 전원 공급 및 보호 회로와 통합된 TWT를 이동파 튜브[8] 앰프(약칭 TWTA, 종종 "TWEET-uh"로 발음)라고 합니다.고출력 무선 주파수 신호를 생성하는 데 사용됩니다.광대역 TWTA의 대역폭은 튜닝된(협대역) 버전이 존재하지만 최대 [citation needed]1옥타브까지 높아질 수 있습니다.동작 주파수는 300MHz ~50GHz입니다

TWTA는 보호회로(klystron과 같이)와 조정된 전원 전자 파워 컨디셔너(EPC)와 결합된 진행파 튜브로 구성되어 있으며, 이들은 다른 제조업체에 의해 공급 및 통합될 수 있습니다.대부분의 전원 공급기와 진공 튜브용 전원 공급기의 주요 차이점은 효율적인 진공 튜브에는 전자의 운동 에너지를 재활용하기 위한 압착 컬렉터가 있기 때문에 전원 공급기의 2차 권선에는 최대 6탭의 나사 전압이 정밀하게 조절되어야 한다는 것입니다.이후에 리니어라이저(유도 출력 튜브의 경우)를 추가하면 보완 보정을 통해 TWTA의 게인 압축 및 기타 특성을 개선할 수 있습니다. 이 조합을 선형화된 TWTA(LTWTA, "EL-tweet-uh")라고 합니다.

광대역 TWTA는 일반적으로 나선형 TWT를 사용하며 2.5kW 미만의 출력 전력을 달성합니다.결합된 캐비티 TWT를 사용하는 TWTA는 15kW의 출력 전력을 얻을 수 있지만 대역폭은 좁아집니다.

발명, 개발 및 초기 사용

TWT의 원래 설계와 프로토타입은 안드레이 "앤디" 해프 C. 1931년 칼텍의 켈로그 방사선 연구소에서 박사 과정 학생으로 근무하던 중 제작되었습니다.그의 원래 특허인 "고주파 전류 제어 장치 및 방법"은 1933년에 출원되어 [9][10]1936년에 부여되었다.

TWT의 발명은 종종 1942-1943년에 루돌프 콤프너에 의해 이루어졌다.게다가 미국 RCA(Radio Corporation of America)에서 일하는 닐스 린든블래드도 1940년 5월[11] 콤프너의 TWT와 [12]: 2 매우 유사한 장치에 대한 특허를 출원했다.이 두 장치 모두 당시 새로 발명된 정밀 전자총을 전자빔의 소스로 사용했고 둘 다 빔을 바깥이 아닌 나선의 중앙으로 향하게 했기 때문에 Haff의 원래 설계보다 개선된 것이었다.이러한 구성 변경은 속도 변조와 전자 [10]번들의 물리적 원리에 의존했기 때문에 Haff의 설계보다 훨씬 더 큰 파장을 증폭시켰습니다.Kompfner는 [13]제2차 세계대전 중 영국 해군 레이더 연구소에서 그의 TWT를 개발했다.그의 TWT의 첫 스케치는 1942년 11월 12일자로, 그는 1943년 [12]: 3 [14]초에 그의 첫 TWT를 만들었다.TWT는 나중에 Kompfner,[14] John R에 의해 개선되었습니다. 피어스,[15] 그리고 레스터 M.벨 연구소의 윈슬로우.1953년에 부여된 콤프너의 미국 특허는 해프의 이전 [10]작품을 인용하고 있습니다.

1950년대까지 캘리포니아 컬버시티에 있는 휴즈 항공기 회사의 전자관 연구소에서 더욱 발전한 후, 그곳에서 TWT가 생산되었고, 1960년대까지 영국 전기 밸브 회사, 1970년대에 [16][17][18]페란티와 같은 회사가 TWT를 생산하였다.

1962년 7월 10일 최초의 통신위성 Telstar 1이 2W, 4GHz RCA 설계 TWT 트랜스폰더와 함께 지구국에 RF 신호를 전송하기 위해 발사되었습니다.싱콤 2는 1963년 7월 26일 2W, 1850MHz 휴즈가 설계한 TWT 트랜스폰더 두 대(액티브 1대,[19][20] 스페어 1대)로 지구동기 궤도에 성공적으로 발사되었다.

사용하다

TWTA는 일반적으로 입력 신호가 매우 약하고 출력이 [21]높은 위성 트랜스폰더에서 증폭기로 사용됩니다.

출력으로 안테나를 구동하는 TWTA는 송신기의 일종입니다.TWTA 송신기는 레이더, 특히 공중 사격 통제 레이더 시스템과 전자전 [22]및 자체 보호 시스템에 광범위하게 사용된다.이러한 어플리케이션에서는 일반적으로 제어 그리드가 TWT의 전자총과 저속파 구조 사이에 도입되어 펄스 동작을 가능하게 합니다.제어 그리드를 구동하는 회로를 일반적으로 그리드 변조기라고 합니다.

2015년 명왕성을 방문한 뉴호라이즌스 우주선의 접시 아래에는 이중 용장 12와트 TWTA가 장착됐고, 2019년에는 카이퍼 벨트 물체 486958 아로코스가 태양으로부터 43.4AU 떨어진 거리에 있는 데이터를 반환했다.

「 」를 참조해 주세요.

참조

  1. ^ Electronics World + Wireless World. Reed Business Pub. 1991. p. 66.
  2. ^ a b c d e f g h Gilmour, A. S. (2011). Klystrons, Traveling Wave Tubes, Magnetrons, Crossed-Field Amplifiers, and Gyrotrons. Artech House. pp. 317–18. ISBN 978-1608071852.
  3. ^ a b c d e Whitaker, Jerry C. (2002). The RF Transmission Systems Handbook. CRC Press. pp. 8.14–8.16. ISBN 1420041134.
  4. ^ 1997년 산업 평가 전자 레인지 파워 튜브 산업-미 국방부[1].
  5. ^ 베릴륨 산화물 특성
  6. ^ "웨이브 튜브 여행은"
  7. ^ "Velocity-modulated 전달"
  8. ^ John Everett (1992). Vsats: Very Small Aperture Terminals. IET. ISBN 0-86341-200-9.
  9. ^ 미 2064469, Haeff, 앤드류 V,"장치 및 고주파 전류의 통제 방법", 1936-12-15 출판된 라디오 회사 미국에 배속되다.
  10. ^ a b c Copeland, Jack; Haeff, Andre A. (September 2015). "The True History of the Traveling Wave Tube". IEEE Spectrum. 52 (9): 38–43. doi:10.1109/MSPEC.2015.7226611. S2CID 36963575.
  11. ^ 미 2300052, Lindenblad, 닐스 E.,"전자 방출 장치", 1942-10-27 출판된 라디오 회사 미국에 배속되다.
  12. ^ a b Gilmour, A. S. (1994). Principles of traveling wave tubes. Artech House Radar Library. Boston: Artech House. pp. 2–3. ISBN 978-0-890-06720-8.
  13. ^ Shulim E. Tsimring (2007). Electron beams and microwave vacuum electronics. John Wiley and Sons. p. 298. ISBN 978-0-470-04816-0.
  14. ^ a b Kompfner, Rudolf (1964). The Invention of the Traveling-Wave Tube. San Francisco Press.
  15. ^ Pierce, John R. (1950). Traveling-Wave Tubes. D. van Nostrand Co.
  16. ^ 화재 다이렉트 웹 사이트가 승객을 머신에 2009-09-23 Archived.22008년 7월 Accessed
  17. ^ "TWT - Travelling Wave Tubes". Archived from the original on 2008-09-19. Retrieved 2008-07-08.
  18. ^ Hugh Griffiths (G4CNV) (September 1980). "Travelling Wave Tube Amplifiers". RadCom. Retrieved 2015-07-15.
  19. ^ Zimmerman, Robert (Fall 2000). "TELSTAR". Invention and Technology Magazine. American Heritage. 16 (2). Archived from the original on October 13, 2007. Retrieved 2 July 2008.
  20. ^ Pond, Norman H. (2008). The Tube Guys. West Plains, Missouri: Russ Cochran. p. 328. ISBN 978-0-9816923-0-2. Archived from the original on June 19, 2010.
  21. ^ Dennis Roddy (2006). Satellite Communications. McGraw-Hill Professional. ISBN 0-07-146298-8.
  22. ^ L. Sivan (1994). Microwave Tube Transmitters. Springer. ISBN 0-412-57950-2.

읽고 추가

  • Copeland, Jack, Haff, Andre A. (2015년 9월)'진상파관'
  • Anderson, Carter M; (2015년 11월).'궁극 진공관 탐험'IEEE 스펙트럼; [2]

외부 링크