Новости

Apr 08, 2023

Трубы бегущей волны: вневременная точность, имеющая большое значение

Поделиться этой статьей Знаете ли вы, что такое лампа бегущей волны, для чего она нужна и

Поделиться этой статьей

Знаете ли вы, что такое лампа бегущей волны, для чего она нужна и как она устроена? Новое видео демонстрирует инновации, мастерство и точность, необходимые для этого технологического чуда, усовершенствованного мировым лидером Thales на протяжении многих десятилетий.

В эпоху, поддерживаемую квинтиллионами твердотельных устройств – полупроводников и микропроцессорных чипов во всей нашей бытовой электронике – стоит ли вам вообще заботиться об электронных лампах? Краткий ответ: «Да», потому что без этих сложных объектов, усиливающих сигналы, поступающие со спутников и радаров, многие инструменты, на которые мы сегодня полагаемся в путешествиях, работе и отдыхе, были бы невозможны.

Проще говоря, лампа является неотъемлемой частью этих передатчиков, где входной сигнал часто очень слаб, а выходной сигнал должен быть высокой мощности. Твердотельные устройства, которым для работы и охлаждения требуется большое количество энергии, не могут выполнять эту роль, особенно с учетом огромных расстояний, которые необходимо пройти сигналам, продолжительности времени, в течение которого передатчики должны функционировать, и количества доступной энергии. .

История этих ламп, известных как лампы бегущей волны (ЛБВ), насчитывает почти 80 лет и связана с исследованиями, проведенными Рудольфом Компфнером в радиолокационной лаборатории Британского Адмиралтейства во время Второй мировой войны. Его изобретение было сосредоточено на вакуумной электронной лампе, которая могла усиливать широкополосные микроволновые сигналы, что значительно увеличивало дальность беспроводной связи.

Вскоре после окончания войны компания Thales – тогда известная как CSF – создала свои собственные специализированные центры исследований и производства ЛБВ, производящие радары и системы связи, которые помогут запустить космическую промышленность в 1970-х годах. Сегодня Thales является ведущим мировым поставщиком ламп бегущей волны для рынков космоса, обороны и спутниковой связи.

В большинстве данных, передаваемых сегодня спутниками, используется усилитель Thales. Многие тысячи ЛБВ Thales были выведены на орбиту с 1974 года, наработав более 900 миллионов часов. Они даже помогают передавать данные миссии Exo Mars и изучать миры на самом краю нашей солнечной системы с помощью миссии New Horizons. Подробности обо всех миссиях, в которых участвуют наши ЛБВ, можно посмотреть здесь.

На протяжении более 70 лет женщины и мужчины Thales раздвигают границы физики, объединяя людей с помощью исключительных продуктов, рассчитанных на работу даже в самых суровых условиях. На наших предприятиях в Велизи, Тононе и Ульме инженеры, техники и операторы делятся непревзойденным опытом, охватывающим более 60 индивидуальных навыков. Каждый компонент создается и тестируется с предельной точностью, потому что успех каждой космической миссии – и связь, на которую мы все полагаемся – зависит от наших трубок.

Посмотрите, как собираются все элементы и как работает трубка, на видео ниже.

Лампа бегущей волны усиливает модулированную электромагнитную волну для передачи данных. Внутри вакуумной оболочки электромагнитная волна взаимодействует с электронным пучком. Поскольку оба движутся почти с одинаковой скоростью, электроны передают волне свою кинетическую энергию — эффект, известный как эффект Черенкова. Самая простая аналогия, которую мы можем привести, — это самолет, летящий немного выше звукового барьера и излучающий свою кинетическую энергию в виде звуковой волны.

Усиление электромагнитных волн делает возможным большое количество применений: от микроволновых печей до радаров и спутников.

Компания Thales широко признана пионером и новатором в области ЛБВ. Мы последовательно развивали эту технологию, чтобы добиться существенного улучшения электрической эффективности и тепловых характеристик. На микроволновых частотах ЛБВ обеспечивает электрический КПД, который в обозримом будущем будет недостижим для конкурирующих полупроводниковых технологий. Это делает их очень привлекательными для космических применений, где охлаждение электрических устройств может быть сложной задачей.

Как это работает?

Электронный пучок извлекается из нагретого катода и ускоряется статическим электрическим полем внутри ЛБВ-пушки. Затем электронный луч взаимодействует с инжектированной электромагнитной волной в замедляющей структуре, обычно в спирали, где луч высвобождает примерно 30% своей энергии. В конце линии электроны заканчивают свой путь в депрессивном коллекторе, где большая часть их оставшейся кинетической энергии извлекается и повторно вводится в систему. Тот факт, что электрон перемещается в вакууме, не сталкиваясь с потерями омического сопротивления, объясняет, почему общий КПД настолько высок: более 70% даже на частоте более 10 ГГц.