لامپ‌های مایکروویو

اولین منبع عملی واقعی لامپ
بود که در دهه ۱۹۳۰ در انگلیس ساخته شد و سپس از آن در ساخت و توسعه سیستم رادار در خلال جنگ جهانی دوم استفاده شد. در سال‌های اخیر قطعات نیمه هادی به‌طور فزآینده‌ای جایگاه را پر نموده و مزایای متعدد هم دارند. اما هنوز هم لامپ‌ها برای تولید توان‌های بسیار بالا (۱۰ کیلووات تا ۱۰ مگاوات) و فرکانس‌های بالاتر امواج میلی متری (۱۰۰ گیگا هرتز و بالاتر)لازم و ضروری می‌باشند.
انواع بسیار متعددی از شکل لامپ‌ها در کنار مفاهیم مختلفی که بر اساس آن عملکرد لامپ بنا گذاشته شده‌است وجود دارند. اما تمامی لامپ‌ها جنبه‌های مشترک متعددی دارند. اول آنکه در تمامی لامپ‌ها بر هم کنش ک اشعه با یک میدان مغناطیسی در داخل روکش خلا شیشه‌ای یا فلزی را داریم. بنابراین می‌بایست به طریقی انرزی RF در خارج این روکش به آن تزویج نماییم این کار را معمولا با پنجره‌های سطحی یا حلقه‌ها و پروب‌های تزویجی هم محور انجام می‌دهیم.انعکاسی یک لامپ
کلایسترون تک حفره‌است که به عنوان یک تشدیدکننده با استفاده از یک الکترود انعکاس دهنده پس از حفره جهت ایجاد فیدبک مثبت از طیق اشعه الکترونی عمل می‌نماید، این کلایسترون را می‌توان به صورت مکانیکی و با تنظیم اندازه حفره به صورت دلخواه تنظیم نمود. عیب بزرگ
کلایسترونها پهنای باند نازک آن‌ها می‌باشد که نتیجه حفره‌ها با Q بالا مورد نیاز جهت خوشه بندی الکترون می‌باشد.
کلایسترونها برای سطوح نویز AMو FM بسیار پایین می‌باشند.
پهنای باند کم تقویت‌کننده کلایسترون در لامپ با موج حرکتی ( ) بر طرف گردیده‌است. یک تقویت‌کننده با اشعه خطی است که از یک تفنگ الکترونی و یک آهنربای متمرکزکننده جهت شتاب بخشیدن به اشعه الکترون‌ها در خلال یک ناحیه بر هم کنش استفاده می‌کند. معمولا ناحیه بر هم کنش از یک ساختار هیلیکس با موج آهسته با یک ورودی RF درانتهای تفنگ الکترونی و یک خروجی RF در انتهای کلکتور تشکیل می‌شود. ساختار هیلیکس سرعت انتشار موج RF را کاهش داده بنابر این، این موج با همان سرعتی حرکت می‌کند که موج و اشعه در ناحیه بر هم کنش حرکت می‌نمایند و اثر تقویت کنندگی بدست می‌آید. سپس سیگنال تقویت شده از انتهای هیلیکس تزویج می‌گردد. بالاترین پهنای باند را در میان لامپ‌های تقویت‌کننده دارد که مقدار آن ار ۳۰٪ تا ۱۲۰٪ متغیر است. در نتیجه این لامپ جهت استفاده در سیستم‌های جنگ الکترونیک بسیار مفید است چرا که در این سیستم‌ها نیاز به تئانی بالا در پهنای باند هی وسیع داریم. ابن لامپ‌ها دارای توان نامب چند صد وات(به‌طور اسمی)است اما می‌توان این مقدار را تا چند کیلو وات نیز افزایش داد که این کار توسط ایجاد یک ناحیه بر هم کنش با استفاده از مجموعهای از حفره‌های تزویج شده انجام می‌شود البته در عوض پهنای باند کاهش خواهد یافت. راندمان TWT تقریبا پایین استو به‌طور اسمی بین ۲۰٪ و ۴۰٪ می‌باشد.
نوع دیگری از لامپ نوسان ساز اشعه خطی، نوسان ساز با برهم کنش توسعه یافته (EIO)است.EIOخیلی مشابه یک کلایسترون است و از ناحیه بر هم کنش شامل تعدادی حفره تزویج شده با یکدیگر با فیدبک مثبت جهت انجام نویان استفاده می‌نماید. این لامپ دارای یک پهنای باند تنظیم شده نازک و یک راندمان متوسط است اما می‌توان توان‌های بالا نزدیک چند صد گیگا هرتز را تامین نماید. فقط ژیراتون است که می‌تواند توان بیشتری را تحویل نماید. لامپ‌هایی با میدان متقاطع شامل ، تقویت‌کننده با میدان متقاطع وژیراتون است. همان طور که از قبل فهمیدیم
اولین منبع
توان بالا است.
از یک کاتد استوانه‌ای تشکیل گردیده‌است که توسط یک آند استوانه‌ای با چندین حفره تشدیدکننده در طول قطر داخلی آن احاطه گردیده‌است. یک میدان مغناطیسی بایاس به صورت موازی با محور کاتد-آند اعمال می‌گردد. در عمل ابری از الکترون‌ها تشکیل گردیده که حول کاتد در ناحیه بر هم کنش می‌چرخد. مشابه با قطعات اشعه خطی، خوشه بندی الکترون رخ داده و انرژی از اشعه الکترونی به موج RF منتقل می‌شود. توان RF می‌تواند خارج از لامپ با یک پروب، حلقه یا پنجره روزنه دار تزویج گردد.
ها می‌توانند توان‌های خروجی بسیار بالا-در حد چند صد کیلو وات را فراهم نمایند. همچنین دارای راندمانی در حدود ۸۰٪ یا بیشتر می‌باشد. اما یک عیب بزرگ آن این است که نویز زیادی را تولید می‌کند و نمی‌تواند فرکانس یا ارتباط فاز را تثبیت نماید در حالی که در حالت پالسی عمل می‌نماید. این فاکتورها جهت عملکرد بالای رادارها ی پالسی بسیار مهم هستند که درآن‌ها تکنیک‌های پردازش یر روی مجموعهای از پالس‌ها ی بازگشتی عمل می‌نمایند.(رادارهای مدرن از این نوع امروزه عموما از منابع نیمه هادی با نویز کم به همراه یک جهت تقویت کنندگی توان استفاده می‌نمایند)حال کاربرد‌ها عموما جهت پخت‌وپز با می‌باشد.
یکی از نرم‌افزارهای مناسب برای تحلیل لامپ‌های مایکروویو، نرم‌افزار CST می‌باشد. محیط استودیوی ذرات در این نرم‌افزار امکاناتی برای شبیه‌سازی بیم الکترونی و تاثیر متقابل آن بر روی ساختارهای مایکروویو دارد. اما با این حال یکی از مشکلات کار با نرم‌افزارهای تمام موج مانند CST نیاز به منابع محاسباتی بزرگ مانند شبکه‌ای از ابررایانه‌ها است. حتی علی‌رغم استفاده از ابررایانه‌ها باز هم زمان شبیه‌سازی یک ساختار بسیار طولانی است و به همین دلیل اکثر طراحان به سمت استفاده از کدهای خاص بعدی می‌روند.
تعداد محدودی از کشورها سازنده لامپ‌های مایکروویو هستند و صنعت لامپ‌های مایکروویو در ایران نیز قبل از انقلاب پایه ریزی شده بود اما علی‌رغم افزایش روز افزون مقالات و اختراعات در زمینه لامپ‌های مایکروویو و اهمیت یافتن آن‌ها در سالهای اخیر، در ایران پیشرفت قابل ملاحظه‌ای در این خصوص دیده نمی‌شود که از دلایل آن می‌تواند ارتباط محدود صنعت و دانشگاه و عدم معرفی این موضوع به جامعه دانشگاهی باشد.