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Apr 08, 2023

Travelling Wave Tubes: precisión atemporal que recorre un largo camino

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¿Sabes qué es un tubo de ondas viajeras, qué hace y cómo se fabrica? Un nuevo video destaca la innovación, la artesanía y la precisión requeridas en esta maravilla tecnológica, perfeccionada por el líder mundial Thales durante muchas décadas.

En una era respaldada por quintillones de dispositivos de estado sólido, los semiconductores y los chips de microprocesador en todos nuestros productos electrónicos de consumo, ¿deberían siquiera preocuparse por los tubos de vacío? Sí es la respuesta corta, porque sin estos intrincados objetos que amplifican las señales provenientes de satélites y radares, muchas de las herramientas de las que dependemos hoy para viajar, trabajar y para nuestro ocio no serían posibles.

En pocas palabras, el tubo es una parte integral de estos transmisores, donde la señal de entrada suele ser muy débil y la salida debe ser de alta potencia. Los dispositivos de estado sólido, que necesitan grandes cantidades de energía para funcionar y mantenerse frescos, no pueden desempeñar esta función, especialmente dadas las inmensas distancias que deben viajar las señales, el tiempo que los transmisores necesitan para funcionar y la cantidad de energía disponible. .

La historia de estos tubos, conocidos como tubos de ondas viajeras (TWT), se remonta a casi 80 años, a la investigación realizada por Rudolf Kompfner en un laboratorio de radar del Almirantazgo británico durante la Segunda Guerra Mundial. Su invento se centró en un tubo de electrones de vacío que podía amplificar señales de microondas de banda ancha para aumentar enormemente el alcance de las comunicaciones inalámbricas.

Poco después de que terminara la guerra, Thales, entonces conocida como CSF, había establecido sus propios centros de producción e I + D especializados en TWT, produciendo radares y sistemas de comunicación que ayudarían a lanzar la industria espacial en la década de 1970. En la actualidad, Thales es el proveedor líder mundial de tubos de ondas viajeras para los mercados del espacio, la defensa y las comunicaciones por satélite.

La mayoría de los datos enviados por satélites en la actualidad utilizan un amplificador Thales. Muchos miles de Thales TWT se han puesto en órbita desde 1974 proporcionando más de 900 millones de horas de funcionamiento. Incluso están ayudando a transmitir datos de la misión Exo Mars y a comprender los mundos en el límite de nuestro sistema solar a través de la misión New Horizons. Puede ver detalles sobre todas las misiones en las que están involucrados nuestros TWT aquí.

Durante más de 70 años, las mujeres y los hombres de Thales han superado los límites de la física para conectar a las personas a través de productos excepcionales que están diseñados para durar incluso en los entornos más severos. En nuestros sitios en Vélizy, Thonon y Ulm, ingenieros, técnicos y operadores comparten una experiencia sin igual dividida en más de 60 habilidades individuales. Cada componente se construye y prueba con extrema precisión porque el éxito de cada misión espacial y las comunicaciones en las que todos confiamos dependen de nuestros tubos.

Vea cómo se juntan todos los elementos y cómo funciona el tubo en el video a continuación.

Un tubo de onda viajera amplifica una onda electromagnética modulada para transmitir datos. Dentro de la envoltura de vacío, la onda electromagnética interactúa con un haz de electrones. Debido a que ambos viajan casi a la misma velocidad, los electrones transmiten su energía cinética a la onda, un efecto conocido como efecto Cherenkov. La analogía más simple que podemos proporcionar es un avión que viaja ligeramente por encima de la barrera del sonido e irradia su energía cinética en forma de onda de sonido.

La amplificación de las ondas electromagnéticas es lo que hace posible una gran cantidad de aplicaciones, desde hornos de microondas hasta radares y satélites.

Thales es ampliamente reconocido como pionero e innovador en TWT. Hemos desarrollado constantemente esta tecnología para lograr mejoras decisivas en la eficiencia eléctrica y el rendimiento térmico. En frecuencias de microondas, TWT proporciona una eficiencia eléctrica que será inalcanzable para las tecnologías de estado sólido de la competencia en el futuro previsible. Eso los hace muy atractivos para aplicaciones espaciales en las que enfriar dispositivos eléctricos podría ser un desafío.

¿Como funciona?

Se extrae un haz de electrones de un cátodo calentado y se acelera mediante un campo eléctrico estático dentro de la pistola TWT. Luego, el haz de electrones interactúa con una onda electromagnética inyectada en una estructura de onda lenta, generalmente una hélice, donde el haz libera aproximadamente el 30% de su energía. Al final de la línea, los electrones terminan su viaje en un colector deprimido donde gran parte de su energía cinética restante es recuperada y reinyectada en el sistema. El hecho de que el electrón viaje en el vacío sin sufrir pérdidas de resistencia óhmica explica por qué la eficiencia total es tan alta, superior al 70% incluso a más de 10 GHz.