Bakvågslampa

Bakåtvågslampa (BWO) är en elektrovakuumanordning där, för att generera elektromagnetiska oscillationer i mikrovågor , används interaktionen av ett elektronflöde med en elektromagnetisk våg , som löper längs ett långsammare system i motsatt riktning mot elektronens rörelseriktning, för att generera elektromagnetiska mikrovågsoscillationer (till skillnad från en resande våglampa (TWT) ).

BWO:er används i breda signal- och svepgeneratorer för radiotekniska mätningar och radiospektroskopi , främst för att generera terahertzstrålning , i lokaloscillatorerna hos snabbt avstämbara mottagare, i masteroscillatorerna för sändare med frekvensagilitet, etc.

Historik

Den första informationen om utvecklingen av VWO dök upp 1948 i Sovjetunionen, utvecklingen utfördes av M. F. Stelmakh och hans personal vid TsNII-108 ; senare 1952 - i USA.

Idén om att skapa ett WWO lades fram 1948 av den sovjetiska vetenskapsmannen M.F. Stelmakh. Fenomenet att generera mikrovågsoscillationer som ett resultat av interaktionen mellan en elektronstråle och en bakåtvåg observerades och beskrevs först av den amerikanske fysikern S. Milman 1950. Termen "WOW" introducerades av de amerikanska forskarna R. Kompfner och N. Williams 1953, som gav den första teoretiska beskrivningen av enhetens funktion.

Skaparen av den första sovjetiska TWT A. V. Ievsky , som arbetade i decennier med Stelmakh, kom ihåg att han närmade sig idén om en BWT 1948 på ett märkligt sätt, utan att använda BWT-koncepten som är allmänt accepterade idag som en enhet med distribuerad feedback eller en enhet med absolut instabilitet:

Mitrofan Fedorovich diskuterade vardagliga uppgifter med att utveckla mikrovågsenheter med anställda, och berörde upprepade gånger ämnet att använda långsamma vågstrukturer i form av ett system av motstift för att skapa förstärkande och genererande TWT:er med ökad effekt. I en konventionell spiral TWT behövs återkoppling för att överföra den till generatorläget . Det senare uppstår ofta av sig självt på grund av reflektionen av mikrovågsfältet] från vissa inhomogeniteter, till exempel i en spiralbromsningslinje, eller i kollektorområdet, och i detta fall, för att säkerställa ett stabilt förstärkningsläge, är en spraybar absorbator appliceras på en del av TWT-kolvens inre yta.
I arbetet med att arbeta på en TWT med ett stiftslow-wave-system uppmärksammade M. F. Stelmakh det faktum att stiftsystemet skiljer sig från spiralsystemet genom närvaron av mycket större inhomogeniteter, så att stiften kan ge en märkbar bakåtreflektion av mikrovågsfältet, vilket är nödvändigt för generering. Experimentet bekräftade till fullo dessa överväganden - generering erhölls i de allra första experimenten. Något senare insåg M.F. Stelmakh och hans medarbetare att detta inte bara handlade om traditionell reflektion från inhomogeniteter, utan om reflektion fördelad över hela längden av lampans långsamvågiga struktur, vilket omedelbart väckte frågan om rumslig synkronisering av reflektionsvågen och vågen för det förstärkta eller genererade fältet. Teoretiska beräkningar påbörjades, som visade att den enda möjliga (synkroniserade med reflektionsvågen) fältvågen kan vara den omvända rumsliga (minus den första) övertonen av fältet, d.v.s. i sin rena form, en bakåtvåg.

Bakåtvågslampor är indelade i två klasser: BWO typ O och BWO typ M. I enheter av typ O omvandlas den kinetiska energin hos elektroner till energin i ett mikrovågsfält som ett resultat av elektronretardation av detta fält. I enheter av typ M övergår den potentiella energin hos elektroner som skiftar som ett resultat av upprepad retardation och acceleration från katoden till anoden till energin i mikrovågsfältet . Den genomsnittliga kinetiska energin förblir konstant.

Det bakåtriktade vågröret av typen "M" kallas ibland för en carcinotron (eller carcinotron ) [1] . Oftare kan detta namn hittas i utländsk litteratur.

LOV typ O

Enhet och funktionsprincip

Elektronpistolen skapar en stråle av elektroner som rör sig mot kollektorn. Det givna strålens tvärsnitt hålls konstant med hjälp av ett fokuseringssystem. Låt oss anta att en mikrovågssignal införs från sidan av kollektorn in i det retarderande systemet hos BWT, det vill säga en våg rör sig längs det retarderande systemet från höger till vänster med en grupphastighet v gr .

Om det bromsande systemet var homogent och dess fält inte innehöll rumsliga inhomogeniteter, skulle vågens fashastighet riktas på samma sätt som grupphastigheten, det vill säga mot elektronernas rörelse. Det ska inte finnas något energiutbyte mellan mikrovågsvågen och elektronstrålen.

Men om det bromsande systemet har en periodisk struktur, kan det elektromagnetiska fältet i det betraktas som summan av en oändlig uppsättning svängningar (lägen) med olika frekvenser. Fashastigheterna för dessa lägen kan riktas både i energirörelsens riktning (vågor framåt) och i motsatt riktning ( omvända vågor ). Det är möjligt att välja accelerationsspänningen ( ) för elektronstrålen på ett sådant sätt att man säkerställer synkronism mellan elektronerna och en av de långsamma bakåtvågorna ( V e ≅ V f ) .

Därefter möter elektronerna, en efter en, som passerar inhomogeniteterna, det retarderande elektriska fältet ( fas ) av den högfrekventa svängningen, vilket leder till att en del av strålens kinetiska energi överförs till det retarderande mikrovågsfältet. systemet. I detta fall moduleras elektronflödet enligt elektronhastigheterna, vilket leder till modulering av volymladdningstätheten för elektronflödet (snabba elektroner tar om långsamma). Detta modulerade flöde, som rör sig mot kollektorn, inducerar en högfrekvent ström på retarderingssystemet. Men energin i vågen som elektronerna interagerar med rör sig mot elektronflödet. Som ett resultat skapas ett fält vid utgången av bromsningssystemet nära elektronkanonen som överstiger den initiala signalen. Lampan får egenskaperna hos en autogenerator .

Således spelar elektronstrålen en dubbel roll i BWO - som en energikälla och som en länk genom vilken positiv återkoppling sker. Denna koppling är inneboende i själva principen för BWO och är i grunden omöjlig att ta bort, till skillnad från andra mikrovågsgeneratorer.

När frekvensen för BWO ändras kan mikrovågsvågen reflekteras från lasten och matas tillbaka till långsamvågssystemet. Denna reflekterade våg kan interagera med elektronflödet, vilket kommer att leda till en förändring i uteffekten . För att eliminera dessa effekter kopplas en självkonsekvent last (absorberare) på i den ände av långsamvågssystemet som är vänd mot kollektorn.

Parametrar och egenskaper