Принципи на радиолокација - Прогресивна бранова цевка

Прогресивна бранова цевка

Слика 1: Висока моќност TUP тип VTR 572B

Слика 1: Висока моќност TUP тип VTR 572B

Прогресивна бранова цевка

Прогресивни бранови цевки, скратено TUP (TWT - патувачки бранови цевки), се специјални микробранови цевки што се користат како засилувачи на широкопојасен интернет. Тие формираат посебна категорија цевки кои користат модулација на брзина на електрони. Поради нискиот фактор на бучава, овие цевки се користат како засилувачи со многу висока фреквенција кај приемниците. Во зависност од апликациите, TUP е поделен на две категории:

Слаб со мала моќност
се користат во влезните фази на радарските приемници како засилувачи со низок шум, широкопојасен интернет и висока чувствителност
Моќност
се користат како засилувачи на засилувачи или како засилувачи на моќност во последните фази на засилување на предавателите.

Beе се претстави следново:

Слика 2: Руски TUP тип УВ-1Б (кирилица: УВ-1Б)

Конструктивна реализација и работење

Прогресивни бранови цевки се засилувачи со низок шум, низок шум и високо засилување што се користат во полето на микробранова печка. Тие имаат коефициенти на засилување кои можат да надминат 40 dB, и фреквентни опсези поголеми од една октава. (Опсег на фреквенција од 1 октава е оној во кој максималната фреквенција е двапати помала од минималната.) Прогресивните бранови цевки работат на фреквенции од 300 MHz до фреквенции над 50 GHz. TUP главно е засилувач на напон. Широкопојасен опсег и низок фактор на бучава го прават TUP основен елемент во конструкцијата на многу засилувачи со голема фреквенција во составот на радарските системи, но и на телекомуникациската опрема.

Слика 3: Конструктивна реализација на ТУП

Слика 4: Засилување на сигналот долж спиралата

Слика 3 ги прикажува конструктивните елементи на TUP. Прогресивната бранова цевка содржи електронски топ со улога на генерирање електрони и нивно забрзување во тесен зрак што се движи по цевката. Магнетниот систем околу цевката произведува магнетно поле кое ги фокусира електроните во многу тесен зрак. Спиралата е далекувод низ кој тече многу висока фреквенција на енергија. Неговата улога е линијата на доцнење, перницата да ја намали брзината на ширење на електромагнетниот бран долж цевката. На овој начин, брзината на бранот станува споредлива со онаа на електроните во зракот, обезбедувајќи интеракција помеѓу бранот и електроните. Сигналот со многу висока фреквенција се вметнува во спиралата и се вади на неговиот крај со помош на спојници, ако влезот и излезот се направени на брановодот, соодветно со директно поврзување со спиралата, ако влезот и излезот се на коаксијален кабел. Смаснувачот во центарот на цевката спречува какви било рефлексии на сигналот да се шират во спирала во спротивна насока.

Слика 5 ги прикажува линиите на електричното поле на бранот што се шири по спиралата, линии кои се паралелни со електронскиот сноп.

Слика 5: Модулација на брзина на електрони
и детална фотографија од спиралата
(измерениот дел се состои од 20 вртења)

Слика 5: Модулација на брзина на електрони и детална фотографија на спиралата
(измерениот дел се состои од 20 вртења)

Интеракцијата помеѓу полинските линии и електронскиот сноп резултира во модулација на брзината на електроните. Брзинската модулација има ефект на групирање на електрони, односно модулација на густина. Групирањето започнува веднаш на почетокот на спиралата, достигнувајќи го својот максимум на крајот од неа. Електронските групи ќе ја пренесат енергијата на бранот ако полинските линии имаат ефект на сопирање на електрони покрај овие групи. Прогресивната бранова цевка е конструирана така што бројот на електрони што пренесуваат енергија на бранот е многу поголем од оние што примаат енергија од бранот. Така, бранот што се шири низ спиралата трајно прима енергија од групите електрони, што резултира во негово засилување.

Карактеристики на TUP

Слика 6: Карактеристика на TUP

Засилување на моќноста на прогресивна бранова цевка зависи од следниве фактори:

физички карактеристики на цевката (на пр. спирална должина)
дијаметар на електронски зрак (прилагодлив со промена на интензитетот на фокусираното магнетно поле)
јачина на влезниот сигнал (види слика 6)
спирална напнатост UA2

Како што може да се види од Слика 6, засилувањето на TUP има линеарна карактеристика од околу 26 dB при мала моќност на влезниот сигнал. Како што се зголемува влезната моќност, моќноста на излезниот сигнал не се зголемува толку многу, вредноста на засилувањето се намалува. Ова резултира во ограничувачки феномен, кој спречува следниот кат (на пр. Миксер) да биде презаситен со силен сигнал. Недостаток на прогресивните бранови цевки е нивната релативно мала ефикасност.

Поради фактот што засилувањето на TUP е резултат на интеракцијата помеѓу електронскиот сноп и бранот што се шири по спиралата, следува дека фреквентниот опсег зависи само од однесувањето на фреквенцијата на спиралата. Така, може да се добијат фреквентни опсези од редот на гигабајти.

Најважниот параметар на TUP кој се користи како влезен засилувач кај приемниците е факторот на бучава, бидејќи ја одредува чувствителноста на целиот приемник, а со тоа и максималното растојание за откривање радар. Факторот на бучава на модерната TUP има вредности од 3. 10 dB Главните причини за бучава се:

ефект на алиса (карактеристика на електронските цевки)
ефект на дистрибуција (карактеристика на повеќе-мрежни цевки)
нерамномерна емисија на електрони од страна на катодата.

Факторот на бучава зависи и од варијацијата во споредба со номиналните вредности на напоните на напојувањето на TUP. На пример, ако напоните се 5% пониски од номиналните вредности, факторот на бучава може да се удвои.

Различни видови на линија на одложување

Наместо спиралата може да се користат и други видови на линии на одложување, како што се оние со прстен или прстенесто спојувана празнина. Видот на употребената структура зависи од посакуваните параметри на TUP: засилување, фреквентен опсег или моќност.

TUP со линија за одложување „Ring-Loop“

Слика 7: Линија за одложување на прстен-јамка

Овие TUP-ови користат прстени поврзани едни со други со помош на петелки како линија за одложување. Тие можат да работат со поголема моќност од конвенционалните (спирални) ДУП-а, но имаат понизок опсег на фреквенција (5… 15%) и пониска максимална фреквенција (18 GHz).

Главните карактеристики на линијата за одложување "прстен-јамка" се високата импеданса на спојката и ниското ниво на хармоници. Така, овие типови на TUP имаат предност што имаат поголемо засилување (40… 60 dB), помали димензии, издржуваат поголеми напони и се помалку изложени на осцилации поради обратен бран.

Слика 8: Линија за одложување на ринг-лента

TUP со линија за одложување „Ring-Bar“

Овој тип на TUP има слични карактеристики како типот на "прстенеста јамка". Линијата за одложување на "ринг-бар" може да се олесни со сечење на бакарна цевка.

Слика 9: Линија за одложување со споени шуплини

ТУП со споени шуплини

Службениците со споена празнина користат линија за одложување што се состои од низа резонантни шуплини поврзани едни со други со слотови, формирајќи поврзана далекувод. Електронскиот сноп (прикажан со црвена слика на слика 9) е модулиран со брзина во првата празнина со влезниот RF сигнал. Енергијата на многу висока фреквенција (претставена со сината стрелка) се шири во цик-цак од една во друга празнина, во интеракција со електронскиот зрак.

Со правилно избирање на растојанието помеѓу шуплините, следењето на интеракцијата помеѓу електронскиот сноп и бранот што се шири од една во друга празнина, ќе резултира со силно засилување на бранот. ДУП-а со споени шуплини може да се користат со многу поголема моќност од вообичаеното, но имаат потесен опсег од овие (колку и да е поголем од оној на клистроните).