Ik kreeg de laatste tijd steeds vaker de vraag van hoe werkt nu een twt.
Nu is hier behoorlijk veel informatie te vinden op het internet, maar allemaal in een andere taal.
Na aanleiding hiervan heb ik in mijn eigen bewoordingen even een kort artikeltje geschreven over de werking. Mocht je aanvullingen of verbeteringen hebben schroom niet om mij te contacten.
TWT Traveling Wave Tube en het Duits Wanderfeldröhre.
TWT s zijn ruisarme en breedbandige microgolf versterkers, met een grote versterking.
Er zijn versterking factoren tot 40dB mogelijk bij een bandbreedte meer als een octaaf (dubbele frequentie). Er zijn twt gemaakt vanaf 350 MHz tot ver boven de 50 GHz.
De twt is uitgevonden in een Brits radar laboratorium tijden de tweede wereld oorlog, door de Oostenrijker “Rudolf Kompfner“.
- Elektronen kanon
- RF ingang (inkoppeling)
- Magneten
- Verzwakker
- Helix spoel
- RF Uitgang (uitkoppeling)
- vacuümbuis
- Collector
Hoe werkt z’n buis nu ?
We beginnen met een elektronen kanon (1), deze zal een elektronenstraal richting de collector (8) sturen,
echter als we deze niet bundelen / richten, zullen de elektronen alle kanten opgaan, maar door een Wehnelt cylinder met een paar magneten (3) toe te passen, kunnen we deze straal netjes bundelen en richten op de collector (Dit geheel noemen we de Kathode). Tevens kunnen we de straal netjes door de spoel (5) heen sturen. Deze spoel wordt helix (spoel) genoemd.
Via een directional coupler (2), koppelen we het RF signaal dat we willen versterken, in op de helix. De directional coupler zorgt er voor dat de richting van het RF signaal naar de uitgang is
Het in koppelen doen we aan de kant van de Kathode (elektronen kanon).
De helix spoel werkt eigenlijk als een vertragings lijn.
Ik vergelijk het ook wel met een tuinslang, er water door de tuin slang loopt komt het met een bepaalde druk naar buiten. Maar zodra je in de tuinslang knijpt, zal de water druk op het punt waar je hem dicht knijpt veel hoger worden.
Op dit principe is de werking van de twt gebaseerd.
In de twt gebeurd het volgende, de elektronen straal loopt van de Kathode naar de Collector.
We beginnen bij de in koppeling van het RF signaal.
Als de amplitude van het aangeboden RF signaal maximaal is zal hierdoor het magnetische veld (aan het begin van de helix) ook maximaal zijn. Hierdoor wordt de elektronen stroom “dichtgeknepen”, en zal er een ophoping ontstaan van elektronen (vergelijk het maar met een snelweg die wordt afgesloten).
Door deze ophoping van elektronen ontstaat er een inductie stroom welke door de helix wordt op gepikt.
Dit heeft als gevolg dat even later iets verderop in de helix de elektronenstraal nog verder wordt “dicht geknepen” waardoor de ophoping van elektronen uiteraard ook groter wordt. Hierdoor zal de helix ook weer meer energie oppikken. Het proces loopt zo door tot aan de uitkoppeling (6) van de buis.
Dit proces zou oneindig kunnen door lopen echter is er een mechanische beperking.
En dat is de stroom die maximaal door de helix (spoel) kan lopen. Deze wordt bepaald door de draad diameter. De helix spoel moet op een bepaalde manier gewikkeld worden als de draad te dik is kan dat niet meer, Daarom zullen de normale twt’s niet meer als 2,5 KW kunnen maken.
Als laatste zien we nog een verzwakker (4) zitten tussen de in- en uitgang. Deze dient om te voorkomen dat gereflecteerde RF signalen de kathode kunnen bereiken.
De praktijk.
Je zult nu wel kunnen voorstellen, dat iedere oscillatie neiging fataal kan zijn voor de buis.
Door oscillatie komt een stukje van je output weer op de input.
Voorbeeld Stel in het ergste geval je totale output komt weer op de ingang:
Je twt versterkt 30dB (factor 1000). Je stopt 1mW in, wordt versterkt output is 1W, dit komt op de ingang, wordt weer versterkt output is nu 1 KW, komt weer op de ingang wordt weer versterkt output is 1 MW !!!! en knal zegt je helix spoel. Het getallen voorbeeld is extreem, maar het ging mij meer om de bewustwording, dus LET OP !!!!!
Door de zeer hoge versterking in de meeste gevallen 30 tot 40 dB, kan de buis al door verkeerde aanpassing aan de in of uitgang, gaan oscilleren. En met een seconde kan het gebeurd zijn.
Let dus op een degelijke afsluiting, het mooiste is zowel aan de in- als uitgang een Isolator/circulator te plaatsen.
Als je een originele voeding hebt zit hier meestal al een helix stroom begrenzer in, maar voorkomen is beter als genezen.
Ik hoop dat de uitleg een beetje duidelijk was.
Vincent Dorland
PE1RKM