역파 발진기

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역파발진기(BWO)는 카르티노트론(CSF에 의해 제조된 튜브의 상표명, 현재는 Thales)이라고도 불리며 테라헤르츠 범위까지 마이크로파를 생성하는 데 사용되는 진공관이다.진행파관군에 속하는 전자 동조 범위가 넓은 발진기입니다.

전자총은 저속파 구조와 상호작용하는 전자빔을 생성한다.빔에 대해 역방향으로 전파함으로써 진동을 유지합니다.생성된 전자파 전력은 전자의 운동 방향과 반대 방향으로 그룹 속도를 가집니다.출력 전력은 전자총 근처에서 결합됩니다.

가장 강력한 M형(M-BWO)과 O형(O-BWO)의 두 가지 주요 서브타입이 있습니다.O타입의 출력전력은 보통 1000GHz에서 1mW~200GHz에서 50mW 범위입니다.발암소자는 강력하고 안정적인 마이크로파 소스로 사용된다.고품질 파면(아래 참조)으로 인해 테라헤르츠 영상촬영에서 조명자로 사용된다.

역파 발진기는 1951년에 Bernard Epsztein에 의해, O형은 Rudolf Kompfner에 의해 시연되었습니다.M형 BWO는 마그네트론 상호작용의 전압 제어 비공진 외삽입니다.두 유형 모두 가속 전압을 변화시킴으로써 광범위한 주파수에 걸쳐 조정할 수 있습니다.한 번에 모든 대역에서 방사되는 것처럼 보일 정도로 빠르게 대역을 휩쓸 수 있으므로 레이더 주파수에 빠르게 튜닝하여 효과적인 레이더 교란에 적합합니다.카르시콘은 공중 레이더 교란기를 매우 효과적으로 만들 수 있다.그러나 주파수 가변 레이더는 방해 전파 교란을 사용하도록 할 정도로 빠르게 주파수를 홉할 수 있으며, 출력 전력을 광대역으로 희석시키고 효율성을 크게 손상시킵니다.

발암물질은 연구, 민간 및 군사 분야에 사용된다.예를 들어 체코슬로바키아 코팩 수동 센서와 라모나 수동 센서 방공 탐지 시스템은 수신기 시스템에 발암 물질을 사용했다.

기본 개념

모든 진행파 튜브는 동일한 일반적인 방식으로 작동하며, 구조 세부 사항이 주로 다릅니다.이 개념은 튜브의 중심을 따라 이동하는 전자총의 지속적인 전자 흐름에 따라 달라집니다(인접 개념도 참조).전자빔 주위에는 일종의 무선주파수 소스 신호가 있습니다.기존 클라이스트론의 경우 외부 신호에 의해 공급되는 공명 공동이지만, 보다 현대적인 장치에서는 이러한 공동 또는 동일한 ^[2]신호에 의해 공급되는 나선형 금속 와이어가 있습니다.

전자는 튜브를 따라 이동하면서 RF 신호와 상호 작용합니다.전자는 최대 양의 바이어스가 있는 영역으로 끌어당기고 음의 영역에서 밀어냅니다.이것은 속도 변조라고 알려진 과정인 튜브의 길이를 따라 전자가 반발하거나 끌어당길 때 전자를 뭉치게 합니다.이 프로세스는 전자 빔이 원래 신호와 동일한 일반적인 구조를 띠게 합니다. 빔에 포함된 전자의 밀도가 유도 시스템의 RF 신호의 상대 진폭과 일치합니다.전자 전류는 총의 세부 사항의 함수이며, 일반적으로 입력 RF 신호보다 훨씬 강력합니다.그 결과 원래 RF ^[2]신호의 증폭 버전인 전자 빔의 신호가 생성됩니다.

전자는 이동하면서 근처 도체에 자기장을 유도합니다.이를 통해 증폭된 신호를 추출할 수 있습니다.마그네트론이나 클라이스트론과 같은 시스템에서는, 이것은 또 다른 공명 공동에 의해서 실현됩니다.나선형 설계에서 이 과정은 튜브의 전체 길이를 따라 발생하며 나선형 도체의 원래 신호를 강화합니다.기존 설계의 '문제'는 대역폭이 상대적으로 좁다는 점입니다.공진기 설계에 기반 설계는 공진기 설계에 물리적으로 내장되어 있기 때문에 공진기 설계에 기반하여 10~20% 이내의 신호로 동작합니다.나선 설계는 설계 ^[3]피크 양쪽에 대역폭이 훨씬 넓어집니다.

BWO

BWO는 헬리컬 TWT와 유사한 방식으로 제작되었습니다.단, 전자빔과 같은(또는 유사한) 방향으로 전파되는 RF신호 대신 원래 신호는 빔에 대해 직각으로 이동합니다.이것은 보통 직사각형 도파관에 구멍을 뚫어 구멍을 통해 빔을 쏘면 됩니다.그런 다음 도파관은 두 번의 직각 회전을 거쳐 C자형을 형성하고 빔을 다시 교차시킵니다.이 기본 패턴은 튜브 길이를 따라 반복되므로 도파관이 빔을 여러 번 통과하여 일련의 S자 ^[2]모양을 형성합니다.

원래의 RF 신호는 TWT의 먼 끝에서 입력되며, 여기서 에너지가 추출됩니다.변환 빔에 대한 신호의 영향은 동일한 속도 변조 효과를 발생시키지만 RF 신호의 방향과 도파관의 특성 때문에 이 변조는 전방이 아닌 빔을 따라 후방으로 이동합니다.이 전파(저속파)는 RF 신호의 같은 위상과 마찬가지로 접힌 도파관의 다음 구멍에 도달합니다.이것은 기존의 ^[2]TWT와 같이 증폭을 일으킵니다.

기존의 TWT에서는 유도 시스템에서 신호의 전파 속도는 빔의 전자와 비슷해야 합니다.이는 신호의 위상이 인덕터를 통과할 때 묶인 전자와 일치하도록 하기 위해 필요합니다.이로 인해 와이어 또는 ^[2]공명실의 물리적 구조에 따라 장치가 증폭할 수 있는 파장의 선택이 제한됩니다.

이는 전자가 신호를 직각으로 통과하고 전파 속도가 입력 신호의 전파 속도와 무관한 BWO에서는 해당되지 않습니다.복잡한 서펜타인 도파관은 입력 신호의 대역폭을 엄격하게 제한하여 가이드 내에 정재파가 형성되도록 합니다.그러나 전자의 속도는 전자총에 인가되는 허용 전압에 의해서만 제한되며, 전자총은 쉽고 빠르게 변경될 수 있습니다.따라서 BWO는 단일 입력 주파수를 사용하여 광범위한 출력 ^[2]주파수를 생성합니다.

카르티노트론

이 장치는 원래 기존의 레이더 시스템에 암과 같다고 해서 "카르시노트론"이라는 이름을 붙였다.공급 전압을 단순히 변경함으로써 장치는 기존의 마이크로파 증폭기보다 훨씬 큰 대역에서 필요한 주파수를 생성할 수 있었습니다. 캐비티 마그네트론은 공진기의 물리적 치수에 의해 정의된 단일 주파수로 작동했고, 클라이스트론은 외부 신호를 증폭시켰지만, 그렇게만 작동했습니다.작은 주파수 ^[2]범위 내에서 쾌활하게 사용할 수 있습니다.

이전에는 레이더 교란 작업이 복잡하고 시간이 많이 걸렸습니다.오퍼레이터는 사용되는 잠재적 주파수를 청취하고 해당 주파수에 증폭기 뱅크 중 하나를 설정한 후 방송을 시작해야 했습니다.레이더 스테이션이 무슨 일이 일어나고 있는지 알게 되면, 그들은 주파수를 바꾸고 그 과정이 다시 시작될 것이다.이와는 대조적으로, 발암물질은 가능한 모든 주파수를 빠르게 쓸어버릴 수 있어서 모든 주파수에서 동시에 일정한 신호인 것처럼 보였다.일반적인 설계에서는 수백 와트 또는 수천 와트의 낮은 전력을 발생시킬 수 있으므로 어떤 주파수에서도 레이더 스테이션에서 몇 와트의 전력을 수신할 수 있습니다.하지만, 장거리에서는 항공기에 도달하는 원래 레이더 방송의 에너지가 기껏해야 몇 와트밖에 되지 않기 때문에,^[2] 발암체가 그들을 제압할 수 있다.

이 시스템은 매우 강력해서 항공기에서 작동하는 발암체가 레이더 지평선 위로 올라가기도 전에 효과가 나타나기 시작하는 것으로 밝혀졌다.주파수를 휩쓸고 지나가면 레이더 작동 주파수로 효과적으로 무작위 시간대에 방송되며 안테나가 목표물 양쪽에 3도 정도 가까이 위치할 때마다 디스플레이를 랜덤 점으로 채웠다.점들이 너무 많아서 디스플레이는 단순히 흰색 소음으로 가득 찼다.스테이션에 접근하면 안테나의 사이드롭에도 신호가 나타나기 시작하여 노이즈로 인해 차단되는 영역이 추가로 생성됩니다.근접거리에서는 약 160km(100마일)의 레이더 디스플레이 전체가 노이즈로 가득 차서 사용할 ^[2]수 없게 됩니다.

이 개념은 전파 교란기처럼 강력하여 지상 레이더가 쓸모없다는 심각한 우려가 있었다.공중 레이더는 방해 전파를 탑재한 항공기에 접근할 수 있다는 장점이 있었고, 결국 그들의 송신기로부터 나오는 엄청난 출력은 방해 전파를 "소각"시킬 수 있었다.그러나 당시 요격기들은 지상 레이더를 사용하여 사정권에 진입하기 위해 지상 방향에 의존했다.이것은 방공 ^[4]작전에 대한 엄청난 위협이었다.

지상 레이더의 경우 위협은 두 가지 방법으로 해결되었습니다.첫 번째는 레이더가 여러 가지 주파수로 작동하도록 업그레이드되고 펄스 간에 랜덤하게 전환된다는 것입니다. 이 개념은 현재 주파수 민첩성으로 알려져 있습니다.이들 주파수 중 일부는 전시에는 전파방해범에게 알려지지 않길 바라며 평시에는 전혀 사용되지 않았고 극비리에 사용되기도 했다.이 발암체는 여전히 전체 대역을 휩쓸 수 있지만, 그렇게 되면 레이더와 같은 주파수로 무작위로만 방송되기 때문에 그 효과가 떨어진다.또 다른 해결책은 발암체 방송에 삼각 측량을 하는 수동 수신기를 추가함으로써 지상국이 전파 방해자의 위치에 대한 정확한 추적 정보를 생성하고 공격을 ^[4]받을 수 있도록 하는 것이었다.

저속파 구조

필요한 저속파 구조는 세로 구성요소로 무선 주파수(RF) 전계를 지원해야 합니다.이 구조는 빔 방향으로 주기적이며 통과 대역과 정지 대역이 있는 마이크로파 필터와 같이 작동합니다.지오메트리의 주기성으로 인해 필드는 일정한 위상 편이 δ를 제외하고 셀 간에 동일합니다.이 위상 시프트는 무손실 구조의 패스밴드 내의 순수 실수이며 주파수에 따라 달라집니다.플로케의 정리(플로케 이론 참조)에 따르면 RF 전계 E(z,t)는 "공간 또는 공간 고조파"의_n 무한대의 합으로 각 주파수 θ에서 설명될 수 있다.

${\displaystyle E(z,t)=\sum _{n=-\infty}^{+\infty}{E_{n}}e^{j({\obega}}t-{k_{n}}z)}}$

여기서 각 고조파의 파수 또는 전파 상수_n k는 다음과 같이 표현된다.

k_n = (Ω + 2n µ) / p (-영역 < Ω < +영역)

z는 전파 방향이고 p는 회로의 피치이고 n은 정수입니다.

저속파 회선 특성의 2가지 예를 γ-k 또는 Brilouin 다이어그램에 나타냅니다.

• 그림 (a)에서 기본 n=0은 순방향 공간 고조파(위상_n 속도 v=d4/k는_n 그룹 속도_g v=d4/dk와_n 같은 부호를 가지며, 역방향 상호 작용을 위한 동기 조건은 B 지점에서 첫 번째 역방향(n=-1) 공간 고조파와 기울기_e v - 빔 속도 - 빔 속도의 교차점이다.
• 그림 (b)에서 기본(n=0)은 후진이다.

주기적 구조는 필드의 모드가 아닌 전진 및 후진 공간 고조파를 모두 지원할 수 있으며 빔이 이들 중 하나에만 결합될 수 있더라도 독립적으로 존재할 수 없습니다.

n 값이 클 경우 공간 고조파의 크기가 급격히 감소하므로 기본 또는 첫 번째 공간 고조파와만 교호작용이 유의할 수 있습니다.

M형 BWO

M형 역파발진기 또는 M형 역파발진기는 자석론과 유사한 교차 정전기장 E와 자기장 B를 사용하여 저속파 회로를 따라 E와 B에 수직으로 표류하는 전자 시트 빔에 초점을 맞춘다.강한 상호작용은 파동의 한 공간 고조파의 위상 속도가 전자 속도와 같을 때 발생합니다.RF_z 필드의 E 컴포넌트와_y E 컴포넌트 모두 상호작용에 관여합니다(E는_y 스태틱E 필드와 평행합니다).저속파의 감속_z E전계 내에 있는 전자는 정전기계 E에서 보유하고 있는 전위에너지를 상실하고 회로에 도달한다.유일한 전극은 느린 파장의 공간 고조파와 상호작용하는 동안 에너지를 얻은 전자를 수집하지 않기 위해 음극보다 더 음의 전극입니다.

O형 BWO

O형 발암체는 자기장에 의해 종방향으로 집속되는 전자빔과 빔과 상호작용하는 저속파 회로를 사용한다.수집기가 튜브 끝에 빔을 수집합니다.

O-BWO 스펙트럼 순도 및 소음

BWO는 전압 조정 가능 발진기로, 전압 조정 속도는 회로의 전파 특성과 직접 관련이 있습니다.진동은 회로에서 전파되는 파형이 빔의 느린 공간 차지 파형과 동기하는 주파수에서 시작됩니다.본질적으로 BWO는 다른 발진기보다 외부 변동에 더 민감합니다.그럼에도 불구하고 위상 잠금 또는 주파수 잠김 기능이 입증되어 헤테로다인 로컬 오실레이터로서 성공적으로 작동합니다.

주파수 안정성

주파수-전압 감도는 다음 관계에 의해 지정됩니다.

$δ {$ $displaystyle$ \$Delta$ } f/f = 1/2 [1/(1_Φ + v_g/v )] ( $δ {$\ $displaystyle$ \$Delta$₀ } V₀/V )

진동 주파수는 빔 전류에도 민감합니다("주파수 푸시"라고 함).저주파에서의 전류 변동은 주로 양극 전압 공급에 기인하며 양극 전압에 대한 감도는 다음과 같습니다.

$δ${ $displaystyle$ \$Delta$ } f/f = 3/4_q [ δ \ displaystyle / ( 1_Φ + v_g / v ) ]($δ${ $displaystyle$ \$Delta$_a } V_a/V )

이 감도는 음극 전압 감도와 비교하여 비율 θ_q/θ만큼 감소합니다. 여기서 θ는_q 각 플라즈마 주파수입니다. 이 비율은 10의⁻² 몇 배입니다.

노이즈

서브밀리미터파 BWO(de Grauw et al., 1978)에 대한 측정 결과, 이 파장 범위에서 MHz당 120dB의 신호 대 잡음비가 예상될 수 있었다.BWO를 로컬 오실레이터로 사용하는 헤테로다인 검출에서 이 수치는 오실레이터가 추가한 노이즈 온도에 불과 1000~3000K에 해당합니다.

메모들

레퍼런스

• 존슨, H. R. (1955)역파 발진기IRE의 절차, 43(6), 684-697.
• Ramo S., Whinnery J. R., Van Duzer T. - 통신 전자 분야의 필드 및 파도(1994년 제3회) John Wiley & Sons
• Kantorowicz G., Paluel P. - 적외선 및 밀리미터 파동 역파 발진기, Vol 1, 제4장, K. 버튼 ed., Academic Press 1979
• De Grauw Th., Andereg M., Fitton B., Bonnefoy R., Gustincic J. J. - 3차 인터.회의. 서브mm.웨이브스, 길퍼드 서리 대학교(1978년)
• 밀리미터 및 서브밀리미터 파동, Illife Books, 런던, 제4장, Yeou T. 변환

외부 링크

• Virtual Valve Museum Thomson CSF CV6124(웨이백 머신)