Travelling Wave Tube Amplifier in Hindi

Travelling Wave Tube Amplifier in Hindi

Travelling Wave Tube Amplifier (ट्रैवलिंग वेव ट्यूब एम्पलीफायर) मूल रूप से एम्पलीफायर है, जो ट्रैवलिंग वेव और इलेक्ट्रॉन बीम के बीच एक वितरित इंटरैक्शन (distributed interaction) का उपयोग करता है। यह इंटरैक्शन के लिए आवश्यक है कि वे दोनों (ट्रैवलिंग वेव और इलेक्ट्रॉन बीम ) एक ही वेग से एक ही दिशा में यात्रा कर रहे हों। RF फ़ील्ड और चलते हुए इलेक्ट्रॉनों के बीच की इंटरैक्शन तभी संभव होगा, जब RF फ़ील्ड का वेग कुछ साधनों द्वारा मंद हो जाए। यह धीमी-तरंग संरचना (slow-wave structure) द्वारा प्राप्त किया जाता है।

Travelling Wave Tube का निर्माण (Construction of TWT)

 

एक TWT का भौतिक निर्माण ऊपर दिए चित्र में दिखाया गया है। TWT में लगी इलेक्ट्रॉन गन (electron gun) वैसा ही है जैसे कि क्लिस्ट्रॉन (klystron) में होती हैं, और इलेक्ट्रॉन बीम का नियंत्रण एनोड द्वारा किया जाता है ताकि वह लंबे हेलिक्स (Helix) के केंद्र से होकर गुजर सके। एक अक्षीय चुंबकीय फोकसिंग क्षेत्र (axial magnetic focusing field) बीम को फैलने से रोकता है और इसे हेलिक्स के केंद्र के माध्यम से निर्देशित करता है। अंत में, अवतल कलेक्टर प्लेट (concave collector plate) द्वारा इलेक्ट्रॉनों को एकत्र किया जाता है।

जब आरएफ सिग्नल हेलिक्स के तार के माध्यम से फैलता है, तो यह हेलिक्स के केंद्र के साथ एक आरएफ विद्युत क्षेत्र का उत्पादन करता है। जब इलेक्ट्रॉन बीम का वेग इस अक्षीय RF क्षेत्र के वेग के करीब होता है, तो उन दोनों के बीच इंटरैक्शन के कारण, इलेक्ट्रॉन बीम हेलिक्स के RF तरंग में ऊर्जा वितरित करता है।

यह RF क्षेत्र और हेलिक्स की लहर के अधिक से अधिक प्रवर्धन की ओर जाता है, क्योंकि यह VP = pc/(πD) के अक्षीय वेग के साथ अपनी लंबाई के साथ आगे बढ़ता रहता है। यह phase velocity हेलिक्स ज्यामिति पर निर्भर है और इसलिए एक कांस्टेंट (constant) होता है। इसलिए, एक TWT का उपयोग आवृत्तियों की एक विस्तृत श्रृंखला (wide range of frequencies) पर किया जा सकता है।

Velocity modulation and bunching (वेग का मॉडुलेशन और बंचिंग)

इलेक्ट्रॉन बीम के वेग के मॉड्यूलेशन और बंचिंग, हेलिक्स की धुरी के साथ होते हैं। जो इलेक्ट्रॉन RF क्षेत्र के सकारात्मक चक्र के साथ चलते हैं, वे त्वरित हो जाते हैं, जबकि RF क्षेत्र के ऋणात्मक चक्र के साथ आगे बढ़ने वाले इलेक्ट्रॉनों में गिरावट आती है। इस प्रकार, कुछ इलेक्ट्रॉन धीमी गति से आगे बढ़ रहे हैं, जबकि पीछे का इलेक्ट्रॉन तेज हो सकता है, और इसके कारण उनमें से कुछ उन्हें पकड़ लेते हैं, जिससे गुच्छा गठन होता है। जब यह गुच्छा रिटायरिंग फ़ील्ड का सामना करता है, तो यह तरंग को ऊर्जा प्रदान करता है जिसके परिणामस्वरूप प्रवर्धन (amplification) होता है।
Velocity modulation and bunching

 

यहाँ, RF फ़ील्ड velocity modulation का कारण बनता है, जो बदले में RF फ़ील्ड / सिग्नल को बढ़ाता है, जिससे हम एक दूसरे के पुनर्योजी प्रवर्धन (regenerative amplification) की ओर अग्रसर होते हैं, क्योंकि हम धुरी के साथ चलते हैं। बेहतर संचालन के लिए, इलेक्ट्रॉन बीम वेग (V0)  को RF क्षेत्र तरंग वेग (Vp) से थोड़ा अधिक रखा जाता है, क्योंकि अधिक इलेक्ट्रॉनों का क्षय क्षेत्र में होता है और क्षेत्र को ऊर्जा देता है।

TWT का संचालन (Operation of TWT)

Applied input (RF) signal हेलिक्स के घुमावों के आसपास फैलता है और हेलिक्स के केंद्र में एक विद्युत क्षेत्र का उत्पादन करता है। इनपुट सिग्नल यानी प्रवर्धित सिग्नल RF के सिग्नल के अक्षीय विद्युत क्षेत्र की तुलना में प्रकाश के वेग के साथ फैलता है। जो हेलिक्स पिच के हेलिक्स परिधि के अनुपात से कई गुना प्रकाश के वेग से यात्रा करता है। इस प्रकार हेलिक्स एक धीमी तरंग संरचना के रूप में कार्य करता है, जिसका उपयोग आरएफ सिग्नल के वेग को धीमा करने के लिए किया जाता है। जब दोनों सिग्नल के वेग, लगभग समान हो जाते हैं, तो इंटरैक्शन, इस तरह से होती है कि औसतन इलेक्ट्रॉन बीम हेलिक्स पर RF तरंग में ऊर्जा वितरित करता है।

इस प्रकार इस ऊर्जा हस्तांतरण के कारण, RF सिग्नल बढ़ता है और प्रवर्धित (amplified) आउटपुट TWT आउटपुट पर उपलब्ध होता है। अक्षीय वेग VP को VP = VC (pitch / 2πr) के रूप में दिया जाता है। यहाँ r हेलिक्स की त्रिज्या है, जो आवृत्तियों की एक सीमा पर स्थिर है। त्वरित क्षेत्र में हेलिक्स में प्रवेश करने वाले इलेक्ट्रॉनों को त्वरित किया जाता है और जो रिटायरिंग दर्ज की जाती है, वे डी-एक्सील्यूट होते हैं। चूंकि इलेक्ट्रॉन हेलिक्स के साथ यात्रा करते हैं, वे कलेक्टर के अंत में झुण्ड बनाते हैं। बंचिंग phase को π/2 से बदलता है। प्रत्येक गुच्छे में प्रत्येक इलेक्ट्रॉन एक मजबूत retarding field का अनुभव करता है। फिर इलेक्ट्रॉनों के माइक्रोवेव ऊर्जा को इलेक्ट्रॉनों के झुंड द्वारा हेलिक्स पर तरंग तक पहुंचाया जाता है, और इनपुट सिग्नल में प्रवर्धन (amplification) प्राप्त होता है।

TWTA का अनुप्रयोग (Application of TWTA)

  1. इसकी बहुत लंबी आयु के कारण, इसका उपयोग मध्यम और उच्च शक्ति वाले उपग्रह ट्रांसपोंडर में किया जाता हैं।
  2. इसका उपयोग वाइडबैंड संचार लिंक में किया जाता है।
  3. जमीन, हवाई जहाज (वायु), और जहाज (पानी) पर CW-RADAR और RADAR को Jam करने के लिए।

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