Tube à ondes de voyage
Les tubes à ondes progressives sont des appareils à micro-ondes à large bande qui n'ont pas de résonateurs à cavité comme les Klystrons. L'amplification se fait par l'interaction prolongée entre un faisceau d'électrons et un champ de radiofréquence (RF).
Construction d'un tube à ondes mobiles
Le tube à ondes progressives est une structure cylindrique qui contient un canon à électrons provenant d'un tube cathodique. Il a des plaques d'anode, une hélice et un collecteur. L'entrée RF est envoyée à une extrémité de l'hélice et la sortie est tirée de l'autre extrémité de l'hélice.
Un canon à électrons focalise un faisceau d'électrons avec la vitesse de la lumière. Un champ magnétique guide le faisceau pour se concentrer, sans diffusion. Le champ RF se propage également avec la vitesse de la lumière qui est retardée par une hélice. Helix agit comme une structure à ondes lentes. Le champ RF appliqué, propagé en hélice, produit un champ électrique au centre de l'hélice.
Le champ électrique résultant dû au signal RF appliqué se déplace avec la vitesse de la lumière multipliée par le rapport du pas de l'hélice à la circonférence de l'hélice. La vitesse du faisceau d'électrons, voyageant à travers l'hélice, induit de l'énergie aux ondes RF sur l'hélice.
La figure suivante explique les caractéristiques de construction d'un tube à ondes progressives.
Ainsi, la sortie amplifiée est obtenue en sortie de TWT. La vitesse de phase axiale $ V_p $ est représentée par
$$ V_p = V_c \ left ({Pitch} / {2 \ pi r} \ right) $$
Où rest le rayon de l'hélice. Comme l'hélice fournit le moins de changement dans la vitesse de phase $ V_p $, elle est préférée aux autres structures à ondes lentes pour TWT. Dans TWT, le canon à électrons focalise le faisceau d'électrons, dans l'espace entre les plaques anodiques, sur l'hélice, qui est ensuite collectée au niveau du collecteur. La figure suivante explique les dispositions des électrodes dans un tube à ondes progressives.
Fonctionnement du tube à ondes progressives
Les plaques anodiques, lorsqu'elles sont à potentiel nul, ce qui signifie que lorsque le champ électrique axial est à un nœud, la vitesse du faisceau d'électrons reste inchangée. Lorsque l'onde sur le champ électrique axial est à l'antinode positif, l'électron du faisceau d'électrons se déplace dans la direction opposée. Cet électron étant accéléré, tente de rattraper l'électron tardif, qui rencontre le nœud du champ axial RF.
Au point, où le champ axial RF est à l'antinode négatif, l'électron mentionné plus tôt, tente de dépasser en raison de l'effet de champ négatif. Les électrons reçoivent une vitesse modulée. En conséquence cumulative, une seconde onde est induite dans l'hélice. La sortie devient plus grande que l'entrée et entraîne une amplification.
Applications du tube à ondes progressives
Il existe de nombreuses applications d'un tube à ondes progressives.
TWT est utilisé dans les récepteurs micro-ondes comme amplificateur RF à faible bruit.
Les TWT sont également utilisés dans les liaisons de communication à large bande et les câbles coaxiaux comme amplificateurs répéteurs ou amplificateurs intermédiaires pour amplifier les signaux faibles.
Les TWT ont une longue durée de vie, grâce à laquelle ils sont utilisés comme tubes de sortie de puissance dans les satellites de communication.
Les TWT haute puissance à onde continue sont utilisés dans les liaisons Troposcatter, en raison de leur grande puissance et de leur large bande passante, pour se disperser sur de grandes distances.
Les TWT sont utilisés dans les radars pulsés haute puissance et les radars au sol.