Amplificador de campo cruzado - Crossed-field amplifier

CFA L-4756A.jpg

Um amplificador de campo cruzado ( CFA ) é um tubo de vácuo especializado , introduzido pela primeira vez em meados da década de 1950 e freqüentemente usado como um amplificador de microondas em transmissores de alta potência .

O trabalho do engenheiro da Raytheon William C. Brown para adaptar os princípios do magnetron para criar um novo amplificador de banda larga é geralmente reconhecido como o primeiro CFA, que ele chamou de Amplitron . Outros nomes que às vezes são usados ​​por fabricantes de CFA incluem Platinotron ou Stabilotron .

Um CFA tem menor ganho e largura de banda do que outros tubos amplificadores de micro-ondas (como clístrons ou tubos de ondas viajantes ); mas é mais eficiente e capaz de potência de saída muito maior .

Potências de pico de saída de muitos megawatts e níveis médios de potência de dezenas de quilowatts podem ser alcançados, com classificações de eficiência acima de 70 por cento. Seu uso atual é em estações terrestres de satélite e redes de comunicação do espaço profundo.

Operação

Operação interna do amplificador de campo cruzado

Os campos elétricos e magnéticos em um CFA são perpendiculares entre si ("campos cruzados"). Este é o mesmo tipo de interação de campo usada em um magnetron ; como resultado, os dois dispositivos compartilham muitas características (como alta potência de pico e eficiência) e têm aparências físicas semelhantes. No entanto, um magnetron é um oscilador e um CFA é um amplificador (embora um CFA possa ser levado a oscilar pela aplicação de baixas tensões impróprias como qualquer amplificador); um circuito RF de CFA (ou estrutura de onda lenta) é semelhante ao de um TWT de cavidade acoplada .

O CFA tem a propriedade útil de que, quando a energia é desligada, a entrada simplesmente passa para a saída com muito pouca perda. Isso evita a necessidade de comutação de bypass de RF em caso de falha.

Dois CFAs podem ser conectados sequencialmente com apenas um alimentado; se falhar, a alimentação pode ser removida do tubo primário e aplicada ao secundário como reserva. Essa abordagem com redundância embutida foi usada no transmissor de downlink da banda S no Módulo Lunar Apollo, onde alta eficiência e confiabilidade eram necessárias.

Uma grande voltagem negativa é colocada no eletrodo verde no centro e um grande campo magnético é direcionado perpendicularmente à página. Isso forma um fino disco giratório de elétrons com um padrão de fluxo semelhante ao da água girando quando escoa de uma pia ou vaso sanitário. Uma estrutura de onda lenta está localizada acima e abaixo do disco giratório de elétrons. Os elétrons fluem muito mais devagar do que a velocidade da luz, e a estrutura de onda lenta reduz a velocidade da entrada de RF o suficiente para corresponder à velocidade do elétron.

A entrada de RF é introduzida na estrutura de onda lenta. O campo alternado de microondas faz com que os elétrons acelerem e desacelerem alternadamente. Esses distúrbios aumentam à medida que os elétrons giram em torno do dispositivo e os elétrons diminuem à medida que a energia de RF aumenta. Isso produz amplificação.

Há uma pequena quantidade de feedback de RF da saída para a entrada. Isso cria uma ligeira instabilidade de fase aleatória quando o dispositivo é pulsado.

Referências