Lampowe
wzmacniacze mocy w pasmach
mikrofalowych
Jednym z problemów, które
napotykają nadawcy w pasmach
mikrofalowych jest
problem
mocy nadajnika. Typowy transwerter ma
moc wyjściową nie przekraczającą
200 miliwatów.
To zbyt mała moc do prowadzenia
regularnych łączności rain scater,
a stanowczo zbyt mała do
prowadzenia łączności EME. Chociaż
dostępne są już tranzystorowe
wzmacniacze mocy na pasma
mikrofalowe, to w dalszym ciągu ich
cena przekracza możliwości przeciętnego
nadawcy.
Ryzyko uszkodzenia tranzystorowego PA
również nie jest bez znaczenia przy
planowaniu
zakupu. W tej sytuacji korzystnym
rozwiązaniem jest użycie wzmacniacza
mocy, którego
elementem aktywnym jest lampa z
falą bieżącą ( LFB , TWT ).
Budowa
lampy z falą bieżącą
Uproszczona
konstrukcja lampy z falą bieżącą
przedstawiona jest na rys.1
Podstawowe elementy lampy to :
· wyrzutnia
elektronowa - W
· linia
opóźniająca - L
· kolektor
- Kol
·
wejściowe i wyjściowe
elementy sprzęgające – G, Z
rys.1
Budowa lampy
Wyrzutnia
elektronowa przypomina wyrzutnię
stosowaną w lampach oscyloskopowych i
kineskopowych, a jej zadaniem jest
wytworzenie równoległej wiązki
elektronowej poruszającej się
wzdłuż osi linii opóźniającej.
Linia opóźniająca najczęściej
wykonana jest w postaci spirali z
drutu.
Strumień elektronów po przejściu
przez linię opóźniającą trafia w
kolektor znajdujący się na
przeciwnym końcu lampy. Elementy sprzęgające
mają za zadanie wprowadzenie sygnału
sterującego i wyprowadzenie
sygnału wzmocnionego. Wszystkie te
elementy zamknięte są w
szklanej obudowie otoczonej
magnesem ogniskującym. Przekrój
„prawdziwej” lampy z falą
bieżącą przedstawia rys. 2 pochodzącym
ze strony DF6NA. Jak widać lampa
zawiera szereg
innych elementów konstrukcyjnych
niezbędnych do jej działania, jednak
przedstawiony wyżej
uproszczony opis wystarczy do wyjaśnienia
działania takiej lampy.
rys.2
Przekrój TWT
Jak
to działa
Działanie
wzmacniające lampy odbywa się w
czasie przelotu strumienia elektronów
wewnątrz linii
opóźniającej. Linia opóźniająca
wykonana w postaci spirali ma tak
dobraną średnicę, ilość zwoi i
skok uzwojenia, że fala poruszająca
się wzdłuż drutu spirali z prędkością
równą prędkości światła,
ma wypadkową prędkość wzdłuż osi
spirali wielokrotnie mniejszą. Jest
to prędkość
porównywalna z prędkością wiązki
elektronów, a to stanowi warunek
poprawnej pracy lampy.
Wzajemne oddziaływanie fali
elektromagnetycznej w linii opóźniającej
i wiązki elektronów sprawia
że elektrony w pewnych punktach
są hamowane, a w innych
przyspieszane. Powoduje to zmianę
gęstości elektronów w
strumieniu czyli ich grupowanie.
Zjawisko to obrazuje rys.3 . Im dłuższa
droga elektronów w linii opóźniającej,
tym większe grupowanie, a tym samym
większe wzmocnienie lampy.
Docierający do kolektora lampy
zmodulowany strumień elektronów
oddaje nagromadzoną energię,
która wyprowadzana jest przez element
sprzęgający.
rys.3
Grupowanie elektronów w wiązce
Parametry
lamp z falą bieżącą
Lampy
z falą bieżącą stosowane były głównie
w technice
wojskowej.
Rozwój łączności, a głównie łączności
satelitarnej spowodował masowe
zastosowania tych lamp.
Lampy takie stosowane są w
radioliniach, w nadajnikach
satelitarnych i nadajnikach stacji
naziemnych pracujących w pasmach
mikrofalowych. Budowane są lampy
pracujące na
częstotliwościach rzędu kilkudziesięciu
gigaherców. Ponieważ konstrukcje
tych lamp nie zawierają
elementów rezonansowych są to
najbardziej szerokopasmowe lampy
mikrofalowe. Wzmocnienie
mocy lamp zawiera się w przedziale
30-60 dB.
Lampy z falą bieżącą budowane są
z reguły dla
mocy do 1kW. W zastosowaniach
amatorskich wykorzystuje się lampy o
mocy od jednego do
kilkudziesięciu watów. Lampy większych
mocy wymagają skomplikowanych układów
zasilania i
chłodzenia. Czas pracy lamp z
falą bieżącą osiąga 50tys.
godzin.
Gdzie
nabyć lampę
Źródłem
zaopatrzenia w lampy są głównie giełdy
krótkofalarskie. Warto obserwować
giełdy
internetowe. Koszt zakupu lampy jest
znacznie niższy niż koszt
wzmacniacza tranzystorowego.
Z reguły kupuje się lampę wraz z
zasilaczem. Taki zasilacz podłączony
do napięcia 24 V dostarcza
wszystkich napięć niezbędnych do
pracy lampy. Praktycznie wystarczy podłączyć
napięcie zasilające
oraz wejście i wyjście lampy i mamy
gotowe PA. Zakup samej lampy, bez
zasilacza, może
przysporzyć wielu kłopotów. Warto
zwrócić uwagę na złącza w.cz.
lampy. Dla mniejszych mocy są
o złącza N lub SMA , dla mocy większych
często spotyka się wyjścia
falowodowe. Pewnym
problemem może być wykonanie obwodu
PTT, dlatego dobrze jest nabyć również
schemat zasilacza.
Chciałbym przestrzec przed
niebezpieczeństwem otwierania lamp i
zasilaczy.
Oprócz napięć rzędu
kilku kilowoltów w lampach
wykorzystywany jest trujący tlenek
berylu. Nie bez znaczenia dla
zdrowia jest również moc na wyjściu
pracującej lampy. Dane katalogowe
lamp znaleźć można na
internetowych stronach producentów.
Warto zajrzeć na stronę
www.df6na.de
.
DF6NA
zamieszcza na tej stronie dane
i zdjęcia lamp, jest też oferta
handlowa.
Zainteresowanym polecam
literaturę np. R.Litwin,
M.Suski „Technika mikrofalowa”,
H.E.Thomas „Techniki i urządzenia
mikrofalowe – poradnik” (żródło
rysunków) i wiele innych.
Mam nadzieję, że ten krótki tekst
wyjaśnił kilka problemów
lampowego PA w paśmie
mikrofalowym.
fot.1
TWT YH1195 firmy Telefunken (ze strony
DF6NA)
Kalisz 20 listopada 2005
Zenek SP3JBI
