Tubo de onda progresiva

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Un tubo de onda progresiva (TWT por Traveling-Wave Tube) es un dispositivo electrónico usado para amplificar señales de radio frecuencia (RF) mediante un montaje electrónico llamado amplificador de tubo de onda progresiva (TWTA). Los TWT pueden ser de banda estrecha o de banda ancha, siendo estos últimos los más comunes, llegando hasta una octava. El rango de frecuencias se encuentra comprendido entre los 300 MHz hasta los 50 GHz. La ganancia de tensión del tubo puede llegar hasta los 70 decibelios.

Ilustración de una hélice de un TWT.
(1) Cañón electrónico (cátodo);
(2) Entrada de RF;
(3) Imanes;
(4) Atenuador;
(5) Bobina de hélice;
(6) Salida de RF;
(7) Tubo de vacío;
(8) Colector (ánodo)

Descripción y construcción[editar]

El dispositivo consta de un tubo de vacío alargado con un cañón electrónico(cátodo emisor de electrones). En el cañón, los electrones viajan desde el cátodo caliente hacia el ánodo (efecto Edison). Alrededor del tubo, un campo magnético de contención concentra los electrones en un haz. El haz llega al centro de un circuito de RF (siendo una cavidad acoplada o espiral), que se extiende desde la entrada de RF hasta la salida de RF. El haz pasa luego al terminal colector. Un acoplador direccional, que puede ser una guía de onda o una bobina electromagnética (EM), es alimentado con la señal de baja potencia que se va a amplificar. El acoplador direccional se coloca cerca del emisor, induciendo corriente en la hélice.

El circuito de RF actúa como una línea de retardo en la que la señal de RF viaja casi a la misma velocidad a lo largo del tubo que el haz electrónico. El campo EM generado por la señal de RF en el circuito de RF, actúa sobre el haz electrónico, causando el agrupamiento de los electrones (efecto llamado "modulación de la velocidad"). El campo EM generado por la corriente del haz induce de nuevo más corriente sobre el circuito de RF. Se acumula entonces la corriente, amplificándose cada vez más.

Un segundo acoplador direccional, colocado cerca del colector, recibe una amplificación de la señal de entrada desde el otro extremo del circuito de RF. Los atenuadores que se encuentran a lo largo del circuito de RF evitan que la onda reflejada vuelva atrás hacia el extremo colector.

Invención y desarrollo[editar]

La invención del tubo de onda progresiva es ampliamente atribuida a Rudolf Kompfner, aunque Nils Lindenblad, trabajando en la Radio Corporation of America (RCA) patentó un dispositivo en mayo de 1940, bastante similar al desarrollado por Kompfner.

De cualquier modo, Kompfner inventó de manera independiente el TWT, construyendo el primer TWT funcional en un laboratorio británico de radar durante la segunda guerra mundial. Su primer boceto del TWT data el 12 de noviembre de 1942, construyendo el primer TWT a principio de 1943. El TWT fue perfeccionado por Kompfner, John Pierce, y Lester M. Field en los laboratorios Bell.

Por la década de 1950, tras mayores desarrollos en el laboratorio de tubos electrónicos de Hughes Aircraft Company, en Culver City (California, Estados Unidos), los TWT empezaron a producirse allá, y para la década de 1969, los TWT fueron producidos además por compañías como la English Electric Valve Company, seguida de la compañía Ferranti, en la década de 1970.

El 10 de Julio de 1962, el primer satélite de comunicaciones, Telstar 1, fue lanzado con un transpondedor RCA TWT de 2 W y 4 GHz, usado para transmitir señales de RF hacia la Tierra. Syncom 2, el primer satélite sincrónico (el Syncom 1 no alcanzó la órbita final), fue lanzado el 26 de Julio de 1963 con dos grandes transpondedores TWT de 2 W y 1850 MHz (uno activo y otro de repuesto).