lampa mikrofalowa

lampa mikrofalowa,

lampa elektronowa próżniowa przeznaczona do generacji i (lub) wzmacniania mikrofal (generator drgań elektrycznych);

l.m. współpracuje z obwodami w postaci rezonatorów współosiowych i wnękowych lub linii opóźniających, których wymiary geom. określają długość generowanych (lub wzmacnianych) fal. Dla konstrukcji l.m. charakterystyczne są krótkie połączenia (w postaci pierścieni lub cylindrów), co wynika z konieczności zmniejszenia reaktancji (opór elektryczny) tych połączeń oraz strat mocy. Mikrofalowe diody, triody i tetrody (lampa elektronowa) pracują zwykle jako generatory, wzmacniacze oraz detektory w zakresie częst. do kilku GHz, w zakresie wyższych częst. najczęściej i najszerzej są stosowane: klistron, lampa o fali bieżącej i magnetron.

Klistron — l.m., w której elektrony, emitowane z katody, skupione w wiązkę, przepływają w kierunku elektrody, zw. kolektorem, przez siatki rezonatora, między którymi występuje zmienne napięcie sterujące wielkiej częst., powodujące przyspieszanie bądź opóźnianie elektronów (okres modulacji prędkości jest tego samego rzędu co czas przelotu elektronów); w wiązce elektronowej docierającej do kolektora występują równomierne zagęszczenia i rozrzedzenia (zgodnie z częst. zmian napięcia rezonatora), w wyniku czego w układzie wyjściowym, połączonym z kolektorem, indukują się napięcia wielkiej częst. o zwiększonej amplitudzie.

Klistrony przelotowe, mające 2–5 rezonatorów, osiągają wzmocnienie sygnału o wartości 10³–10⁶ i maks. moc wyjściową do kilkuset kW (przy pracy ciągłej) lub do stu kilkudziesięciu MW (przy pracy impulsowej). Są stosowane w nadajnikach stacji radiolokacyjnych i stacji naziemnych radiokomunikacji satelitarnej oraz w akceleratorach cząstek naładowanych. Klistrony, zw. refleksowymi, zawierające tylko 1 rezonator oraz dodatkową elektrodę odbijającą (reflektor) oraz klistrony o 2 rezonatorach, zaopatrzone w obwód sprzężenia zwrotnego, służą jako generatory o małej mocy w układach pomiarowych, nadajnikach radiokomunik. i in.

Lampa o fali bieżącej — l.m. zawierająca między obwodem wejściowym a wyjściowym linię opóźniającą, wzdłuż której rozchodzi się fala elektromagnetyczna ze składową prędkości fazowej wzdłuż osi lampy, zbliżoną do prędkości wiązki elektronowej; wskutek wzajemnegooddziaływania wiązki elektronowej i fali elektromagnetycznej następuje wzmocnienie sygnału wprowadzonego na wejście linii opóźniającej.

Rozróżnia się lampy o fali postępującej, w której kierunek wiązki elektronów jest zgodny z kierunkiem fali elektromagnetycznej, oraz lampy o fali wstecznej, w której kierunki te są przeciwne. Lampy te są wykorzystywane m.in. w urządzeniach pomiarowych, nadajnikach i odbiornikach radiolokacyjnych i radiokomunik., gł. jako mikrofalowe wzmacniacze szerokopasmowe lub wzmacniacze mocy, np. w transponderach satelitów telekomunikacyjnych.

Magnetron — mikrofalowa dioda próżniowa, w której elektrony emitowane z katody poruszają się pod jednoczesnym wpływem pola elektr. i magnet.; katoda i położona cylindrycznie wokół niej anoda są umieszczone w silnym stałym polu magnet. skierowanym wzdłuż osi katody.

W często stosowanym magnetronie synchronicznym położoną centralnie cylindryczną katodę otacza anoda w postaci masywnego walca (zwykle miedzianego) z rozmieszczonymi w nim symetrycznie rezonatorami wnękowymi (6 do 40), stanowiącymi łańcuch wzajemnie sprzężonych obwodów rezonansowych, w których powstaje przemienne pole elektr. o dużej częstotliwości. Elektrony, poruszające się (z katody do anody) pod wpływem dużego stałego napięcia przykładanego do anody, są odchylane w polu magnet., co powoduje zakrzywianie ich torów; krążące wokół katody elektrony oddziałują z przemiennym polem elektr., przekazując mu część swojej energii zużywanej na podtrzymanie drgań wielkiej częstotliwości. Magnetrony odznaczają się dużą sprawnością (50–70%); są stosowane do generacji drgań elektr. o częst. od ok. 500 MHz do ok. 150 GHz; ich moc dochodzi do 70 kW (przy pracy ciągłej) i do 10 MW (przy pracy impulsowej); są wykorzystywane w nadajnikach stacji radiolokacyjnych, generatorach diatermicznych, urządzeniach pomiarowych i kuchniach mikrofalowych.

L.m. łącząca cechy lampy o fali bieżącej i magnetronu jest zw. amplitronem; jest stosowana gł. we wzmacniaczach mocy nadajników stacji radiolokacyjnych (osiągana moc przy pracy impulsowej do 10 MW). W nadajnikach radiolokacyjnych, pracujących w zakresie fal milimetrowych, i akceleratorach cząstek naładowanych są stosowane lampy mikrofalowe zw. girotronami, osiągające moc wyjściową do kilkuset kW (przy pracy ciągłej) i do 3 MW (przy pracy impulsowej).

Pierwszy magnetron o drganiach cyklotronowych zbudował 1921 A.W. Hull; w Polsce prace nad magnetronem prowadzili 1930–39 J. Groszkowski i S. Ryżko; magnetron synchroniczny dużej mocy skonstruowali 1939 J.T. Randall i H.A.H. Boot. Pierwszy klistron zbudowali 1938 bracia R. i S. Varian, a lampę o fali bieżącej skonstruował 1946 R. Kompfner.