Volta para o Futuro: Próxima Geração de vácuo Eletrônica

Eletrônica de estado sólido começou a ultrapassar os tubos de vácuo em rádios, computadores e outros aparelhos eletrônicos e de rádio freqüência mais de 60 anos atrás. Agora vivemos em uma Idade do Silício. Mesmo assim, aspirar dispositivos eletrônicos, cujas origens remontam ao século 19, toque em nossas vidas todos os dias.

Esses micro-ondas que aquecem a comida em seu forno de microondas vêm de um magnetron, o tubo de vácuo que fez radar possível na primeira metade do século 20. Tubos de ondas progressivas (TWTs), não amplificadores de estado sólido, gerar os fortes sinais eletromagnéticos em satélites de comunicação por causa de sua excepcional confiabilidade em órbita e de alta eficiência de energia. E é a capacidade única de dispositivos eletrônicos de tubo de vácuo para gerar sinais de alta frequência em potências de operação de ponto de fusão de chips que possibilita sistemas de radar modernos da aviação para evitar navegação e colisão. Além do mais, existem mais de 200.000 dispositivos de vácuo eletrônicos (veds) agora em serviço no Departamento de Defesa, que alimentam as comunicações críticas e sistemas de radares que cobrem a terra, mar, ar e espaço.

Com a sua nova Tecnologia (INVEST) Vacuum programa inovador Ciência Eletrônica e, DARPA pretende desenvolver a base científica e tecnológica para novas gerações de veds mais capazes.

CAPTION: milimétricas tubos de vácuo de onda, incluindo aqueles como o tubo de ondas (TWT) descrito aqui, amplificar os sinais através do intercâmbio de energia cinética no feixe de elétron (mostrada como uma linha azul) com energia eletromagnética (mostra como uma onda) no sinal.  Este valor representa uma vista em corte de um TWT com todos os componentes críticos: canhão de elétrons, circuito magnético, coletor de elétrons, e as janelas que mantêm o vácuo no interior do tubo, deixando o fluxo de sinais dentro e para fora.

LEGENDA: milimétricas tubos de vácuo de onda, incluindo aqueles como o tubo de onda progressiva (TWT) descrito aqui, amplificar os sinais através da troca de energia cinética do feixe de electrões (mostrado como uma linha azul) com energia electromagnética (mostrado como uma onda) no sinal. Este valor representa uma vista em corte de um TWT com todos os componentes críticos: canhão de elétrons, circuito magnético, coletor de elétrons, e as janelas que mantêm o vácuo no interior do tubo, deixando o fluxo de sinais dentro e para fora.

"Toda vez que você precisa para operar nos confins do espaço de parâmetros poder-freqüência, tubos de vácuo são a tecnologia de escolha", disse Dev Palmer, gerente de programa para investir em Microsystems Tecnologia Gabinete do DARPA (OMP). "Mas nas freqüências high-ondas milimétricas de interesse para este programa, a concepção e construção de veds é um processo de trabalho intensivo complexa que requer ferramentas requintados modelagem, materiais exóticos e caros, usinagem de alta precisão." Leis de escala Física ter sido o empecilho para de ondas milimétricas veds até agora: como engenheiros empurrar a freqüência de operação de dispositivos eletrônicos para cima, o poder a partir dos mesmos dispositivos de saída vai para baixo. Com INVEST, Palmer tem como objetivo nos próximos quatro anos para criar uma comunidade de pesquisadores que irão encontrar formas através deste estrangulamento técnico.

Não obstante a noção popular de que a eletrônica de vácuo são à moda antiga, o incentivo para superar as barreiras técnicas e de custos para obter veds de próxima geração só está ficando mais forte. "A disponibilidade ea proliferação de baratas, de alta potência amplificadores comerciais e fontes em todo o mundo fez com que o espectro eletromagnético lotado e contestada na freqüência de rádio (RF) e regiões de microondas," de acordo com MTO está recém-publicado anúncio da Agência Amplo (BAA), que convida a comunidade técnica que apresente propostas para a investigação que levaria tecnologia VED para novos patamares de potência e freqüência (DARPA-BAA-15-40, publicada em 11 de agosto de 2015, está disponível no FedBizOpps: http: //go.usa. gov / 3HqK9.)

Veds capazes de funcionar a frequências mais altas e comprimentos de onda mais curtos (na região de onda do milímetro) do que pode superar a atual geração de dispositivos irá proporcionar vantagens significativas de defesa. Operação poder superior produz sinais de radiofreqüência que são "mais alto" e, portanto, mais difícil de geléia e de outra forma interferir com. Enquanto isso, a operação de freqüência mais alta traz consigo vastas áreas de espectro anteriormente indisponíveis. Isso também abre o caminho para uma comunicação mais versátil, transmissão de dados e outros recursos que serão benéficas tanto em ambientes militares e civis.

Para abrir caminhos para esses avanços, o programa INVEST pretende reforçar a base científica e tecnológica para novas gerações de tubos de vácuo operam em freqüências de ondas milimétricas acima de 75 GHz. Esses contratos celebrados no âmbito do programa levará em projectos de investigação fundamental em áreas que incluem modelagem baseada em física e simulação de veds, design componente inovador, os processos de emissão de electrões, e fabricação avançada. "Como você empurrar-se freqüências, você não pode usar técnicas de fabricação convencionais mais", disse Palmer, apontando para o pequeno tamanho e alinhamento ultraprecise de componentes de ondas milimétricas VED, entre eles catodos de alta densidade de corrente, pequenas envelopes de vácuo, e Micropeças que extraem os sinais de RF amplificado no interior do componente.

"Se você pudesse imprimir toda a estrutura com uma impressora 3-D, para que tudo foi alinhado à direita da linha de montagem, que faria muito mais fácil", diz Palmer. De fato, um resultado melhor e mais bem-vinda seria transformar o novo entendimento científico e de engenharia know-how que emerge do programa INVEST em novas ferramentas para analisar, sintetizar e optimizar novas concepções VED e, em seguida, a implantação de métodos de fabrico inovadores avançados, incluindo 3- impressão D, para realmente produzir os dispositivos. Palmer disse, "que é uma visão bonita."

"Vacuum eletrônica é um assunto infinitamente profunda", acrescentou Palmer, cujo fascínio com as datas de tecnologia para seus dias junior-alta-escola na década de 1970, quando ele estava jogando sua guitarra elétrica através das brilhantes tubos de vácuo de seu amplificador de algo que ele continua a fazer hoje em seu tempo livre, com uma preferência contínua dos amplificadores baseados em tubos mais queridos de estado sólido devido às sutis melhorias acústicas os "velhos" oferece tecnologia. "Você tem eletromagnetismo. Você tem projeto mecânico de alta temperatura. Você tem de alto vácuo, magnetismo, e ciência dos materiais. É preciso um esforço coreografada em muitas disciplinas para criar um desses tubos de vácuo ".

Fonte: http://www.darpa.mil/