Усилитель со скрещенным полем ( CFA ) — это специализированная вакуумная лампа , впервые представленная в середине 1950-х годов и часто используемая в качестве микроволнового усилителя в передатчиках очень высокой мощности .
Работа инженера Raytheon Уильяма К. Брауна по адаптации принципов магнетрона для создания нового широкополосного усилителя общепризнанна как первый 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 лампы микроволнового усилителя (например, клистроны или лампы бегущей волны ); но он более эффективен и способен обеспечить гораздо большую выходную мощность .
Могут быть достигнуты пиковая выходная мощность во многие мегаватты и средние уровни мощности в десятки киловатт с показателем эффективности более 70 процентов. В настоящее время они используются в наземных спутниковых станциях и сетях связи в дальнем космосе.
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 имеют схожий внешний вид. Однако магнетрон — это генератор, а CFA — усилитель (хотя CFA можно заставить колебаться путем приложения несоответствующего низкого напряжения, как и любой усилитель); ВЧ-цепь CFA (или замедляющая структура) аналогична схеме в ЛБВ со связанными резонаторами .
У CFA есть то полезное свойство, что при отключении питания входной сигнал просто переходит на выход с небольшими потерями. Это позволяет избежать необходимости переключения радиочастотного обхода в случае сбоя.
Два CFA могут быть подключены последовательно только с одним питанием; в случае сбоя питание можно отключить от первичной трубки и подать на вторичную в качестве резервной. Этот подход со встроенным резервированием использовался в передатчике нисходящей линии связи S-диапазона на лунном модуле «Аполлон» , где требовались высокая эффективность и надежность. [1] [ нужна страница ]
На зеленый электрод в центре подается большое отрицательное напряжение, а большое магнитное поле направлено перпендикулярно странице. Это формирует тонкий вращающийся диск электронов с характером потока, напоминающим вращение воды, стекающей из раковины или унитаза. Медленноволновая структура расположена выше и ниже вращающегося диска электронов. Электроны текут намного медленнее скорости света, а замедляющая волновая структура уменьшает скорость входного радиочастотного сигнала настолько, чтобы она соответствовала скорости электрона.
ВЧ-вход вводится в замедляющую структуру. Переменное микроволновое поле заставляет электроны поочередно ускоряться и замедляться. Эти возмущения усиливаются по мере того, как электроны вращаются вокруг устройства, а электроны замедляются по мере роста радиочастотной энергии. Это производит усиление.
Между выходом и входом имеется небольшая радиочастотная обратная связь. Это создает небольшой случайный джиттер фазы, когда устройство работает в импульсном режиме.