oscilador de interacción extendida

El oscilador de interacción extendida ^{[ 1 ]} (EIO) es un tubo de vacío de haz lineal ^{[ 2 ]} diseñado para convertir corriente continua en potencia de RF . ^{[ 3 ]} El mecanismo de conversión es el proceso de onda de carga espacial ^{[ 4 ]} mediante el cual la modulación de velocidad en un haz de electrones se transforma en modulación de corriente o densidad con la distancia .

Los tubos contienen un único resonador . ^{[ 5 ]} La cavidad completa es una caja rectangular que contiene una estructura en forma de escalera ^{[ 6 ]} a través de la cual pasa el haz de electrones. Dicha cavidad tiene un gran número de resonancias, pero en el modo resonante utilizado, se desarrollan grandes campos de RF en los espacios entre los peldaños. El avance de fase de un espacio a otro se selecciona de tal manera que un electrón ve el mismo campo en cada espacio, y se describe como síncrono . En este contexto, el mismo campo significa un campo de la misma fase, pero no necesariamente de la misma magnitud .

Un haz de electrones que entra en una cavidad excitada por radiofrecuencia con una velocidad aproximadamente síncrona recibirá una modulación de velocidad acumulativa en cada espacio. Tras recorrer cierta distancia dentro del resonador, los electrones acelerados repetidamente alcanzarán a los electrones desacelerados repetidamente, formándose grupos. Estos grupos tendrán una velocidad cercana a la del haz. Si la velocidad de los electrones es ligeramente superior a la síncrona, los grupos comenzarán a cruzar los espacios cuando el campo sea retardador, en lugar de cero. En ese caso, los electrones se ralentizan; la cavidad recupera la energía perdida y se posibilitan oscilaciones sostenidas. A medida que aumenta la velocidad del haz que entra en la cavidad, se transfiere más energía a la cavidad y la frecuencia de oscilación aumenta ligeramente. Sin embargo, finalmente, los grupos atraviesan los campos retardadores y las oscilaciones cesan abruptamente. Reducir la velocidad del haz (voltaje) hará que el tubo reanude la oscilación. No obstante, es necesario reducir la velocidad del haz por debajo del valor en el que cesaron las oscilaciones para que estas se reanuden. Este fenómeno se conoce como histéresis y es similar al observado en muchos klistrones de reflexión .

El cambio de frecuencia que se produce al aumentar la tensión del haz se denomina sintonización electrónica y suele ser del 0,2 % de la frecuencia de funcionamiento medida desde la mitad de la potencia hasta el cese de la oscilación. Para cambios de frecuencia mayores se utiliza la sintonización mecánica, que se obtiene moviendo una de las paredes de la cavidad. La pared móvil es, de hecho, un pistón que puede desplazarse en un túnel cuya sección transversal es la de la pared que reemplaza. El rango de sintonización mecánica suele estar limitado por resonancias parásitas que se producen cuando la frecuencia de oscilación y la frecuencia de alguna de las muchas otras resonancias de la cavidad coinciden. Cuando esto ocurre, se introduce una pérdida importante, a menudo suficiente para suprimir la oscilación por completo. Normalmente, se puede obtener un rango de sintonización mecánica del 4 % ^{[ 7 ]} , pero se han demostrado rangos mayores.

Aparte de la cavidad resonante, el oscilador de interacción extendida es muy similar a los klistrones más convencionales . Un cañón de electrones produce un haz estrecho de electrones que se mantiene en el diámetro requerido mediante un campo magnético mientras atraviesa la sección de radiofrecuencia. Posteriormente, el haz entra en una región relativamente libre de campo donde se dispersa y es recogido por un colector refrigerado adecuadamente. Muchos de estos osciladores tienen ánodos aislados eléctricamente y, en estos casos, la tensión entre el cátodo y el ánodo determina la corriente del tubo, que a su vez determina la potencia máxima de salida.