クロスフィールドアンプ

クロスフィールド増幅器( CFA )は特殊な真空管で、1950 年代半ばに初めて導入され、超高出力送信機のマイクロ波 増幅器として頻繁に使用されています。

レイセオン社の技術者ウィリアム・C・ブラウンがマグネトロンの原理を応用して新しい広帯域増幅器を開発した研究は、一般に最初の CFA として認識されており、ブラウンはこれをAmplitronと名付けました。CFA メーカーが時々使用する他の名前には、PlatinotronやStabilotronなどがあります。

CFA は、他のマイクロ波増幅管 (クライストロンや進行波管など) よりもゲインと帯域幅が低くなりますが、効率が高く、はるかに高い出力電力を実現できます。

数メガワットのピーク出力と数十キロワットの平均出力レベルを達成でき、効率評価は 70 パーセントを超えます。現在、衛星地上局や深宇宙通信ネットワークで使用されています。

CFA の電界と磁界は互いに直交しています (「交差電界」)。これは、マグネトロンで使用されるのと同じタイプの電界相互作用です。その結果、2 つのデバイスは多くの特性 (高いピーク電力や効率など) を共有し、物理的な外観も似ています。ただし、マグネトロンは発振器であり、CFA は増幅器です (ただし、CFA は他の増幅器と同様に、不適切な低電圧を印加することで発振する可能性があります)。CFA の RF 回路 (または低速波構造) は、結合空洞 TWTの回路に似ています。

CFA には、電源がオフになったときに、入力がほとんど損失なくそのまま出力に渡されるという便利な特性があります。これにより、障害発生時に RF バイパス スイッチングを行う必要がなくなります。

2つのCFAを連続的に接続できますが、そのうち1つに電源が供給されている必要があります。故障した場合は、プライマリチューブから電源を取り外し、バックアップとしてセカンダリチューブに電源を供給できます。冗長性が組み込まれたこのアプローチは、高い効率と信頼性が求められたアポロ月着陸船のSバンドダウンリンク送信機で使用されました。 ^{[1] [ページが必要]}

中央の緑の電極に大きな負の電圧がかかり、大きな磁場が紙面に対して垂直に向けられます。これにより、シンクやトイレから排水される水が回転するような流れのパターンを持つ、薄い回転する電子ディスクが形成されます。回転する電子ディスクの上下に、低速波構造があります。電子は光速よりもはるかに遅く流れ、低速波構造によって入力 RF の速度が電子の速度に一致するまで低下します。

RF 入力は低速波構造に導入されます。交互のマイクロ波場により、電子は交互に加速および減速します。電子がデバイスの周りを螺旋状に移動するにつれて、これらの乱れは大きくなり、RF エネルギーが増加するにつれて、電子は減速します。これにより増幅が起こります。

出力から入力への RF フィードバックは少量です。これにより、デバイスにパルスが送られると、 わずかなランダム位相ジッターが発生します。