Введение

Усилитель перекрестного поля (CFA) - это специализированная вакуумная трубка, впервые введенная 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 магнитрона 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 более низкую прибыль и полосу пропускания, чем другие микроволновые усилительные трубки (такие как клистроны или трубки перемещающихся волн), но он более эффективен и способен к гораздо более высокой выходной мощности. Пиковые мощности в много мегаватт и средние уровни мощности в десятки киловатт могут быть достигнуты, с показателями эффективности более 70 процентов. В настоящее время они используются в спутниковых наземных станциях и сетях связи в глубоком космосе.

Операция

Электрические и магнитные поля КФА перпендикулярны друг другу ("перекрещенные поля"). Это тот же тип полевого взаимодействия, который используется в магнетроне; в результате два устройства имеют много общих характеристик (таких как высокая пиковая мощность и эффективность), и они имеют схожие физические свойства. Однако, магнитрон является осциллятором, а CFA - усилителем (хотя CFA может быть подвергнут колебаниям при применении неправильного низкого напряжения, как и любой усилитель); RF-схема CFA (или структура медленной волны) похожа на схему в соединенной полости TWT. У CFA есть полезное свойство, что при отключении питания входный сигнал просто переходит на выходный сигнал с небольшими потерями. Это позволяет избежать необходимости в RF обход переключения в случае отказа. Два КФА могут быть последовательно подключены только с одним питающим устройством; в случае его отказа, питание может быть удалено из первичной трубки и применено к вторичной в качестве резервного. Этот подход с встроенной избыточностью был использован на S-диапазоне спутниковой линии передачи на лунном модуле "Аполлон", где требовалась высокая эффективность и надежность. На зеленый электрод в центре помещается большое отрицательное напряжение, а большое магнитное поле направлено перпендикулярно странице. Это образует тонкий вращающийся диск электронов с схемой потока, похожей на вращающуюся воду, которая вытекает из раковины или туалета. Медленно волновая структура расположена над и под вращающимся диском электронов. Электроны движутся намного медленнее, чем скорость света, и структура медленной волны снижает скорость входного радиочастотного излучения достаточно, чтобы соответствовать скорости электронов. Вход RF вводится в медленную волновую структуру. Сменное микроволновое поле заставляет электроны попеременно ускоряться и замедляться. Эти возмущения увеличиваются по мере того, как электроны вращаются вокруг устройства, а электроны замедляются по мере роста радиочастотной энергии. Это создает усиление. От выхода к входу передается небольшое количество радиочастотной обратной связи. Это создает небольшое случайное колебание фазы, когда устройство импульсирует.