LAMPY MIKROFALOWE

Technika Mikrofalowa

Technika Mikrofalowa

Lampy mikrofalowe

Lampy mikrofalowe

Klasyfikacja lamp mikrofalowych
• Lampy o wiązce liniowej
• Lampy z wirującą wiązką elektronów
• Lampy z siatką sterującą
• Lampy gazowane – przełączające

Klasyfikacja lamp mikrofalowych

•

Lampy o wiązce liniowej

•

Lampy z wirującą wiązką elektronów

•

Lampy z siatką sterującą

•

Lampy gazowane – przełączające

Klasa lamp

Rodzaj

Zastosowanie

Lampa z

wiązką liniową

Klistron

refleksowy

Lampa z falą

bieżącą

Lampa z falą

wsteczną

Źródła mocy

Wzmacniacze (duże wzmocnienie,

szerokie pasmo

Źródła sygnałów pomiarowych

Generatory wobulowane

Lampa z

wirującym

polem

Magnetron

Magnetron

strojony

napięciowo

Amplitron

Generatory mocy

Generatory wobulowane

Lampy

planarne z

siatką

sterująca

Trioda ceramiczna

Trioda ołówkowa

Stopnie wejściowe nadajników

Przełączniki

gazowane

Tyratron

Przełączniki dużych mocy

Modulatory impulsowe

Lampy mikrofalowe

Lampy mikrofalowe

Klistron to lampa mikrofalowa z modulacją prędkości elektronów.
Służy do wzmacniania i generacji przebiegów mikrofalowych

Klistron

to lampa mikrofalowa z modulacją prędkości elektronów.

Służy do wzmacniania i generacji przebiegów mikrofalowych

1 – sygnał wzmacniany, 2 – paczki elektronów, 3 – sygnał wzmocniony, 4 –
żarzenie, 5 – katoda, 6 – rezonator grupujący, 7 – obszar przelotowy, 8 –
rezonator odbiorczy, 9 – ko-lektor, 10 – elektroda ogniskująca, 11 – wiązka
elektronowa, 12 – doprowadzenie uzwojeń, 13 – rezonator wyjściowy, 14 –
uzwojenie ogniskujące 15 – przysłona sprzęgająca

1 – sygnał wzmacniany, 2 – paczki elektronów, 3 – sygnał wzmocniony, 4 –
żarzenie, 5 – katoda, 6 – rezonator grupujący, 7 – obszar przelotowy, 8 –
rezonator odbiorczy, 9 – ko-lektor, 10 – elektroda ogniskująca, 11 – wiązka
elektronowa, 12 – doprowadzenie uzwojeń, 13 – rezonator wyjściowy, 14 –
uzwojenie ogniskujące 15 – przysłona sprzęgająca

Model klistronu

Model klistronu

Indukowanie ładunków

Indukowanie ładunków

Lampy mikrofalowe

Lampy mikrofalowe

Klistron zasilający 70 m teleskop
Canberra Deep Space Communication Complex

Klistron zasilający 70 m teleskop
Canberra Deep Space Communication Complex

Lampy mikrofalowe

Lampy mikrofalowe

Klistron dwuwnękowy

Klistron dwuwnękowy

Klistron refleksowy

Klistron refleksowy

Lampy mikrofalowe

Lampy mikrofalowe

Podstawowe właściwości klistronów:
 Maksymalna sprawność - wartości rzędu 40% (max sprawność

teoretyczna 58%)

 Zakres częstotliwości pracy - od setek MHz do około 30 GHz

 Wzmocnienie - wartość od kilkunastu decybeli dla klistronów

dwuobwodowych do kilkudziesięciu dla wieloobwodowych (40-
60dB).

 Moc wyjściowa - wartości od pojedynczych watów do kilkudziesięciu

kilowatów przy pracy ciągłej i nawet kilku megawatów przy pracy
impulsowej

Podstawowe właściwości klistronów:



Maksymalna sprawność -

wartości rzędu 40% (max sprawność

teoretyczna 58%)



Zakres częstotliwości pracy -

od setek MHz do około 30 GHz



Wzmocnienie -

wartość od kilkunastu decybeli dla klistronów

dwuobwodowych do kilkudziesięciu dla wieloobwodowych (40-
60dB).



Moc wyjściowa -

wartości od pojedynczych watów do kilkudziesięciu

kilowatów przy pracy ciągłej i nawet kilku megawatów przy pracy
impulsowej

Klistron małej mocy

Klistron małej mocy

Lampy mikrofalowe

Lampy mikrofalowe

Lampa z falą bieżącą LFB (TWT – Traveling-Wave Tube) - lampa
elektronowa, przeznaczona do generacji stabilnych drgań w
szerokim zakresie częstotliwości. Należy do klasy lamp z modulacją
prędkości impulsów

Lampa z falą bieżącą LFB (

TWT – Traveling-Wave Tube

)

- lampa

elektronowa, przeznaczona do generacji stabilnych drgań w
szerokim zakresie częstotliwości. Należy do klasy lamp z modulacją
prędkości impulsów

1 – magnes, 2 – linia opóźniająca; spirala z drutu o średnicy i skoku
dobranych tak, że dla prędkości fali

w linii równej ν

c

, ν

g

jest równa

prędkości wiązki elektronów, 3 – siatka sterująca, 4 – katoda, 5 – działo
elektronowe, 6 - żarzenie, 7 – anoda, 8 – kolektor.

1 – magnes, 2 – linia opóźniająca;

spirala z drutu o średnicy i skoku

dobranych tak, że dla prędkości fali

w linii równej ν

c

, ν

g

jest równa

prędkości wiązki elektronów

, 3 – siatka sterująca, 4 – katoda, 5 – działo

elektronowe, 6 - żarzenie, 7 – anoda, 8 – kolektor.

Działanie lampy z falą bieżącą

Działanie lampy z falą bieżącą

Grupowanie wiązki w LFB

Grupowanie wiązki w LFB

Lampy mikrofalowe

Lampy mikrofalowe

1 – katoda, 2 – anoda (200÷300V), 3 – wejściowy sprzęgacz kierunkowy, 4 –
siatka sterująca, 5 – ekran mocowanie spirali, 6, 13 – gniazdo we-wy, 7 –
rezystor dopasowujący 53.3

, 8 – tłumik z drutu stratnego (tłumienie fali

odbitej), 9 – spirala, 10 – sprzęgacz wyjściowy, 11 – kolektor, 12 – mocowanie
spirali

1 – katoda, 2 – anoda (200÷300V), 3 – wejściowy sprzęgacz kierunkowy, 4 –
siatka sterująca, 5 – ekran mocowanie spirali, 6, 13 – gniazdo we-wy, 7 –
rezystor dopasowujący 53.3

, 8 – tłumik z drutu stratnego (

tłumienie fali

odbitej

), 9 – spirala, 10 – sprzęgacz wyjściowy, 11 – kolektor, 12 – mocowanie

spirali

Konstrukcja lampy z falą bieżącą

Konstrukcja lampy z falą bieżącą

Lampy mikrofalowe

Lampy mikrofalowe

Zastosowania lampy z falą bieżącą

Zastosowania lampy z falą bieżącą

• Satelity telekomunikacyjne
• Radary
• Lotnictwo
• Historyczne - urządzenia RTV

•

Satelity telekomunikacyjne

•

Radary

•

Lotnictwo

•

Historyczne - urządzenia RTV

Zalety lampy z falą bieżącą

Zalety lampy z falą bieżącą

• duża koherencja impulsów
• szerokie pasmo pracy (dwie oktawy)
• duże wzmocnienie (20÷60dB)
• małe szumy
• Czas pracy 100 000h
• Zakres temperatury 50÷185 °C
• możliwość kształtowania impulsów
poprzez zmianę częstotliwości, fazy, mocy.

•

duża koherencja impulsów

•

szerokie pasmo pracy (dwie oktawy)

•

duże wzmocnienie (20÷60dB)

•

małe szumy

•

Czas pracy 100 000h

•

Zakres temperatury 50÷185 °C

•

możliwość kształtowania impulsów

poprzez zmianę częstotliwości, fazy, mocy.

Przykładowe wykonania

Przykładowe wykonania

Lampy mikrofalowe

Lampy mikrofalowe

Magnetron - należy do klasy lamp o polach skrzyżowanych, w
których występuje wzajemnie prostopadłe pole elektryczne i
magnetyczne.

Lampa

służąca

do

generacji

przebiegów

mikrofalowych.

Magnetron

- należy do klasy lamp o polach skrzyżowanych, w

których występuje wzajemnie prostopadłe pole elektryczne i
magnetyczne.

Lampa

służąca

do

generacji

przebiegów

mikrofalowych.

Oddziaływanie stałego pola magnetycznego na poruszające się w polu elektrycznym elektrony

Oddziaływanie stałego pola magnetycznego na poruszające się w polu elektrycznym elektrony

Lampy mikrofalowe

Lampy mikrofalowe

Magnetron budowa

Magnetron budowa

Lampy mikrofalowe

Lampy mikrofalowe

Magnetron – wnęka rezonansowa

Magnetron – wnęka rezonansowa

Lampy mikrofalowe

Lampy mikrofalowe

Magnetron – zasada działania

Magnetron – zasada działania

Lampy mikrofalowe

Lampy mikrofalowe

Magnetrony stosowane w kuchenkach mikrofalowych magnetrony
generują fale o częstotliwości 2,45 GHz ( =12 cm) i mocy od 700

do 1600 W. Magnetrony używane w radarach generują fale o
długości od 3 mm do 20 cm, (w zależności od radaru), moc ich sięga
kilkudziesięciu kilowatów.

Magnetrony stosowane w kuchenkach mikrofalowych magnetrony
generują fale o częstotliwości 2,45 GHz ( =12 cm) i mocy od 700

do 1600 W. Magnetrony używane w radarach generują fale o
długości od 3 mm do 20 cm, (w zależności od radaru), moc ich sięga
kilkudziesięciu kilowatów.

Kuchenka mikrofalowa

Kuchenka mikrofalowa

Lampy mikrofalowe

Lampy mikrofalowe

Triody mikrofalowe

Początkowo próbowano używać w budowie generatorów bardzo wielkich
częstotliwości

zwykłe lampy – triody



jednak, przy wyższych częstotliwościach jest

to bardzo trudne lub zupełnie niemożliwe



elektron potrzebuje pewnego czasu by

pokonać odległość między elektrodami lampy -

czasu przelotu

- przy bardzo dużych

częstotliwościach czas przelotu stanowi już znaczną część okresu napięcia w.cz i
praca generatora jest niemożliwa



zmniejszenie czasu przelotu wymaga

zmniejszenia odległości między elektrodami lamp albo zwiększenia napięcie między
nimi



niestety powoduje to wzrost pojemności międzyelektrodowych a napięcie nie

może być zbytnio zwiększane – również ze wzrostem częstotliwości rosną straty
dielektryczne i promieniowania - zmniejszenie sprawności i maksymalnej mocy
użytecznej lampy



zwykłe lampy nie nadawały się do pracy w zakresie poniżej

długości fal krótszych od 30cm - poza tym są bardzo kosztowne



poszukiwanie

innych rozwiązań generacyjnych lamp mikrofalowych.

Trioda tarczowa

– o płaskim układzie elektrod, stosowana zazwyczaj w zakresie

mikrofalowym



siatka lampy oraz jej wyprowadzenie jest wykonane w postaci

płaskiego krążka (

tarczy

) - odległość siatka-katoda jest rzędu kilku setnych

milimetra, podobnie jak prześwit oczek siatki



zmniejszenie czasu przelotu

elektronów oraz minimalizacja pojemności międzyelektrodowych



najczęściej

wykorzystywana "klasyczna" lampa mikrofalowa (ma większą częstotliwość
graniczną i mniejsze szumy od podobnie zbudowanych, innych lamp)



stosowane

(coraz rzadziej) jako lampy wzmacniające małej mocy (

o częstotliwości do 3 GHz

) lub

nadawcze o mocy rzędu kilkudziesięciu watów - przykład triody tarczowej nadawczej
- lampa produkcji rosyjskiej GI-15B (ГИ-15Б).

Lampy mikrofalowe

Lampy mikrofalowe

Trioda mikrofalowa GI-15B

Przykłady konstrukcji tarczowych triod mikrofalowych
[

Propozycja z Allegro

]