Vircator

Un vircator (oscilador de cátodo virtual) es un generador de microondas capaz de producir pulsos breves de microondas de banda estrecha y sintonizables a niveles de potencia muy elevados. Su aplicación principal se encuentra en el ámbito de la guerra electrónica, mediante la interferencia con equipos electrónicos como radares o radiotelegrafía.

Un vircator típico se construye dentro de una cavidad resonante o guía de ondas al vacío . Un electrodo, un cátodo frío , en un extremo inyecta un haz de electrones intenso , como el de un generador Marx o un generador de compresión de flujo , opcionalmente con una red de conformación de pulsos adecuada , por ejemplo, una línea de transmisión Blumlein . El pulso tiene una magnitud del orden de cien kilovoltios o más y una duración de entre 50 y 150 nanosegundos. Los electrones son atraídos hacia un ánodo delgado , como una película de PET aluminizado o una malla de acero inoxidable , que está conectado al cuerpo de la guía de ondas conectado a tierra. La unidad está rodeada por un imán . Debido a la intensidad del haz de electrones, muchos electrones pasan a través del ánodo hacia la región posterior, formando un cátodo virtual . El haz de electrones debe ser tan intenso que supere la corriente límite de carga espacial en esa región, provocando oscilaciones que generan microondas. La frecuencia, la eficiencia y otras características del haz emitido dependen de la configuración física precisa y de los parámetros de funcionamiento.

Existe un diseño coaxial en el que el cátodo forma un anillo exterior que rodea el cilindro del ánodo, mientras que el cátodo virtual se forma a lo largo del eje del cilindro. Este diseño puede integrarse directamente con una guía de ondas .

Las frecuencias suelen estar en la región de 0,5–1,5, 2–6, 3 o 5–18  GHz. También son posibles otras frecuencias. Las frecuencias más bajas se pueden usar para interferir las comunicaciones, mientras que las frecuencias más altas se pueden aprovechar por sus efectos destructivos en la electrónica. ^{[ 1 ]} Son posibles niveles de potencia del orden de 10 ¹⁰ a 10 ^{12 vatios.}

Un sucesor de diseño del vircator es el reditron , que tiene mayor eficiencia y menor ancho de banda. ^{[ 2 ]}

El pulso masivo y breve de alto voltaje provoca que el cátodo emita una intensa ráfaga de electrones mediante el mecanismo de emisión de electrones de campo . Los electrones son atraídos hacia el ánodo. Una gran proporción de los electrones atraviesa el ánodo y forma una nube detrás de él, constituyendo el cátodo virtual. Sin embargo, los electrones siguen siendo atraídos por el ánodo (y repelidos entre sí), por lo que cambian de dirección y regresan hacia él, para luego atravesarlo nuevamente y ser repelidos por el cátodo y atraídos hacia el ánodo. Los electrones, que se aceleran y desaceleran rápidamente al oscilar entre el cátodo real y el virtual a través del ánodo de malla a frecuencias de microondas, producen radiación electromagnética.

• Patente estadounidense 4,345,220 , Generador de microondas de alta potencia que utiliza un haz de electrones relativistas en un tubo de deriva de guía de ondas, otorgada a Donald J. Sullivan, 1982.
• Patente estadounidense 4,730,170 , "Generador de microondas de cátodo virtual con ranura anódica anular", Thomas JT Kwan, 1988.
• Donald J. Sullivan, "Generación de microondas de alta potencia a partir de un oscilador de cátodo virtual (Vircator)", IEEE Trans. Nucl. Sci., vol. NS-30, n.° 4, 3426-3428 (agosto de 1983)
• Thomas JT Kwan, "Generación coherente de microondas de alta potencia a partir de cátodos virtuales oscilantes", Phys. Fluids 27 (1), 228-232 (enero de 1984)
• Libor DRAŽAN, Roman VRÁNA, "Axial Vircator para aplicaciones de guerra electrónica"