Tyto trubkové vlny progresivní (TOP), (anglicky: permaktron, twt) je elektronka použít v mikrovlnné troubě pro výrobu zesilovače s nízkou, střední nebo vysoké síly . Umožňuje vyrábět výkonné zesilovače (obvykle několik stovek wattů) s vysokou frekvencí (komerčně až do pásma W , 94 GHz, v roce 2014, experimentálně až 860 GHz) v širokém pásmu (až dvě oktávy). Díky své velmi dobré elektrické účinnosti (až 70%), své robustnosti (provoz při teplotě vyšší než 200 ° C), spolehlivosti (přibližně 100 FIT) a své životnosti (nepřetržitá životnost více než 15 let) je obzvláště vhodný jako palubní zesilovač v telekomunikačních satelitech . TOP je zařízení umožňující zesílení s velmi nízkým šumem pozadí (až 1 dB faktoru šumu v pásmu S) a historicky se používá pro tuto funkci, kterou dnes mnohem snáze realizují tranzistory s nízkým šumem.
Putovní vlnovou trubici vynalezl Andrei Haeff v roce 1932 v Kalifornii, poté ji znovu objevil Rudolf Kompfner v roce 1942 v Anglii. První použité na konci druhé světové války poskytovaly několik milwattů energie a fungovaly na frekvenci 2 GHz . Jedná se o logický vývoj mikrovlnných trubic, který se objevil ve třicátých letech minulého století a který umožnil překonat omezení konvenčních mřížkových trubic . Jsou součástí rodiny trubek s lineárním paprskem .
Trubice s pohyblivými vlnami se skládá ze čtyř hlavních částí:
Katoda je zdrojem elektronů , které tvoří elektronový paprsek ve všech mikrovlnných zkumavek. Je vyroben ze složité směsi kovů ( porézní wolfram , baryum ) a je wolframovým vláknem potaženým hliníkovým výliskem přiveden na teplotu přibližně 1050 ° C, která podporuje výměnu tepla mezi vláknem a katodou.
Když katoda dosáhne své provozní teploty, může být mezi anodou a katodou aplikováno elektrické pole . Katoda poté emituje velmi hustý elektronový paprsek, který je urychlován pozitivním potenciálem anody.
Zvláštní tvar katody a wehnelt má konvergující účinek na paprsek, který je tak zaměřen na válec o průměru několika milimetrů v oblasti anody.
Spirála je měděná nebo wolframová spirála , zasunutá do kovového pouzdra trubky, od kterého je izolována pomocí keramických tyčí, zvolených pro jejich dobrou tepelnou vodivost .
Zaostření elektronového paprsku je zajištěno střídavé permanentních magnetů .
Vrtule je připojena ke krytu v bodě označeném jako „vrtulový bod“ napájecích zdrojů.
Vstupní mikrovlnný signál je přiveden na vrtuli na konci hlavně.
Pro získání dobré interakce mezi paprskem a mikrovlnnou vlnou, která se pohybuje po šroubovici, musí mít blízkou axiální rychlost. Protože šíření vlny podél drátu ve vakuu probíhá rychlostí blízkou rychlosti světla , je nutné zvětšit délku jeho dráhy, aby se synchronizovala s paprskem, což vysvětluje tvarovou šroubovici. Během své cesty podél osy šroubovice jsou elektrony vlnou brzděny, a proto jí dodávají část své kinetické energie. Amplituda vlny bude proto na konci šroubovice větší než na jejím začátku: signál byl zesílen.
Přesného nastavení rychlosti paprsku je dosaženo nastavením napětí šroubovice-katoda.
Vrtule s proměnnou frekvencíPožadavek na zlepšení účinnosti přeměny PT pro telekomunikace vedl k zavedení vrtulí s proměnlivou roztečí (periodicita spirály), mezi útlum a výstup, snížení rozteče lokálně snižující rychlost. Šíření vlny, tedy elektrické pole aplikované na elektrony a umožnění již zesílené vlně zůstat déle ve fázi se zpomalenými elektrony, protože se vzdaly části své energie.
Nejúčinnější elektronky dokonce využívají dvojí variaci periodicity: nejprve zvýšení výšky tónu (tedy rychlosti vlny pozorované elektrony) ke zlepšení tvorby elektronových paketů, následovaný redukčním krokem pro účinnější brzdění .
Jejich rolí je sbírat elektrony poté, co prošly spirálou. Přijímají veškerou energii, kterou paprsek neposkytl mikrovlnné vlně.
Napětí kolektoru 1 - katody musí být dostatečně vysoké, aby nejpomalejší elektrony, když trubice pracuje při nasycení , neriskovaly, že se otočí zpět a spadnou na poslední otáčky šroubovice.
Jeho úkolem je shromáždit všechny elektrony, které si udržely dostatečnou rychlost pro průchod prvním sběratelem. Napětí kolektoru 2 - katoda je přibližně polovina napětí kolektoru 1 - katoda.
Poznámka: dnes používané trubky mají obvykle 4 kolektory, což umožňuje dosáhnout účinnosti 60%. Verze s pěti kolektory jsou ve vývoji, vždy s cílem zvýšit jejich účinnost.
Po celou dobu životnosti PT musí být trvale udržováno velmi vysoké vakuum.
Pouzdro proto musí být schopné udržovat toto vakuum (10 - 8 torr ), bez něhož existuje riziko vzniku elektrického oblouku a / nebo znečištění katody.
Nejkřehčími body skříně jsou přístupy k mikrovlnkám u vchodu a na výstupu, kde jsou nevyhnutelná „okna“. V závislosti na frekvenci signálu jsou konektory koaxiálního nebo vlnovodového typu .
PT se šroubovicovým obvodem je omezen špičkovým výkonem (2 až 3 kW) výskytem parazitních oscilací reverzní vlny a průměrným výkonem odvodem tepla z vrtule; vrtule pájená na nosičích oxidu berylnatého může přesto dosáhnout a dokonce překročit výkon 1 kW CW (Continuous Wave) v pásmu X.
Celokovový PT, jehož obvod se skládá z posloupnosti spojených dutin, například střídáním slotů jako na protějším obrázku, umožňuje překročit tyto limity na úkor provozního kmitočtového pásma sníženého ve srovnání s pásmem spirálová čára.
Odpor wolframového vlákna je závislý na teplotě a má kladný koeficient. Je proto nutné omezit odběr studeného proudu (obvykle na přibližně dvojnásobek nominální hodnoty).
Toto je nejkřehčí část PT a může být okamžitě roztavena v případě chyby implementace nebo špatné polarizace.
Elektronový paprsek musí zůstat dokonale přímočarý, s konstantním průřezem, od východu z pistole ke kolektoru. Pokud elektrony spadnou na vrtuli (což má za následek zvýšení proudu vrtule), musí být vypnuty zdroje vrtule a anody. Maximální energie zachycená vrtulí musí zůstat nižší než hodnota stanovená výrobcem trubice (5 až 20 joulů v závislosti na trubici).
Hlavní příčiny rozostření jsou: