Усилитель со скрещенными полями ( CFA ) — это специализированная вакуумная лампа , впервые представленная в середине 1950-х годов и часто используемая в качестве микроволнового усилителя в сверхмощных передатчиках .
Работа инженера Raytheon Уильяма С. Брауна по адаптации принципов магнетрона для создания нового широкополосного усилителя обычно признается первым CFA, который он назвал Amplitron . Другие названия, которые иногда используются производителями CFA, включают Platinotron или Stabilotron .
CFA имеет меньший коэффициент усиления и полосу пропускания, чем другие СВЧ-усилительные лампы (такие как клистроны или лампы бегущей волны ), но он более эффективен и способен обеспечивать гораздо более высокую выходную мощность .
Могут быть достигнуты пиковые выходные мощности во многие мегаватты и средние уровни мощности в десятки киловатт с показателями эффективности более 70 процентов. В настоящее время они используются в наземных станциях спутниковой связи и сетях дальней космической связи.
Электрические и магнитные поля CFA перпендикулярны друг другу («скрещенные поля»). Это тот же тип взаимодействия полей, который используется в магнетроне ; в результате эти два устройства имеют много общих характеристик (таких как высокая пиковая мощность и эффективность), и они имеют схожий физический вид. Однако магнетрон является генератором, а CFA — усилителем (хотя CFA можно заставить колебаться, прикладывая неподходящие низкие напряжения, как и любой усилитель); ВЧ-схема CFA (или замедляющая структура) похожа на схему в ЛБВ со связанными резонаторами .
CFA имеет полезное свойство: когда питание отключено, вход просто переходит на выход с небольшими потерями. Это позволяет избежать необходимости переключения обхода RF в случае отказа.
Два CFA могут быть подключены последовательно, при этом только один из них может быть включен; если он выходит из строя, питание может быть отключено от первичной трубки и подано на вторичную в качестве резерва. Этот подход со встроенным резервированием использовался в передатчике нисходящей линии связи S-диапазона на лунном модуле Apollo , где требовались высокая эффективность и надежность. [1] [ нужна страница ]
Большое отрицательное напряжение подается на зеленый электрод в центре, а большое магнитное поле направлено перпендикулярно странице. Это формирует тонкий вращающийся диск электронов с потоком, похожим на вращающуюся воду, стекающую из раковины или туалета. Медленноволновая структура расположена выше и ниже вращающегося диска электронов. Электроны движутся намного медленнее скорости света, а медленноволновая структура снижает скорость входного RF достаточно, чтобы соответствовать скорости электронов.
Входной сигнал RF вводится в структуру замедленной волны. Переменное микроволновое поле заставляет электроны попеременно ускоряться и замедляться. Эти возмущения увеличиваются по мере того, как электроны вращаются по спирали вокруг устройства, а электроны замедляются по мере роста энергии RF. Это приводит к усилению.
Существует небольшое количество обратной связи RF от выхода к входу. Это создает небольшое случайное дрожание фазы, когда устройство импульсно.