Carcinotrón

Un carcinotrón, también llamado tubo de onda inversa o BWO por sus siglas en inglés, es un tubo de vacío que se utiliza para generar microondas hasta el rango de terahercios. Perteneciente a la familia de válvulas de onda viajera, es un oscilador con un amplio rango de sintonía electrónica.

Un cañón de electrones genera un haz de electrones que interactúa con una estructura de onda lenta. Sostiene las oscilaciones propagando una onda viajera hacia atrás contra el haz. La potencia de las ondas electromagnéticas generada tiene su velocidad de grupo dirigida en sentido opuesto a la dirección del movimiento de los electrones. La potencia de salida se acopla cerca del cañón de electrones.

Tiene dos subtipos principales, el tipo M (M-BWO), el más potente, y el tipo O (O-BWO). La potencia de salida del tipo O suele estar en el rango de 1 mW a 1000 GHz a 50 mW a 200 GHz. Los carcinotrones se utilizan como fuentes de microondas potentes y estables. Debido al frente de onda de buena calidad que producen (ver más abajo), se utilizan como iluminadores en imágenes de terahercios.

Los osciladores de onda inversa fueron demostrados en 1951, el tipo M por Bernard Epsztein y el tipo O por Rudolf Kompfner. El BWO tipo M es una extrapolación no resonante controlada por voltaje de la interacción del magnetrón. Ambos tipos se pueden sintonizar en una amplia gama de frecuencias variando el voltaje de aceleración. Pueden ser barridos a través de la banda lo suficientemente rápido como para parecer que irradian sobre toda la banda a la vez, lo que los hace adecuados para una interferencia de radar efectiva, sintonizándose rápidamente con la frecuencia del radar. Los carcinotrones permitieron que los inhibidores de radar aerotransportados fueran muy eficaces. Sin embargo, los radares con frecuencia ágil pueden saltar frecuencias lo suficientemente rápido como para obligar al bloqueador a utilizar interferencias de barrera, diluyendo su potencia de salida en una banda ancha y perjudicando significativamente su eficiencia.

Usos

Los carcinotrones se utilizan en aplicaciones de investigación, civiles y militares. Por ejemplo, los sistemas de detección de defensa aérea con sensor pasivo Kopac checoslovaco y Ramona emplearon carcinotrones en sus sistemas receptores. Los avances en la tecnología de radar han llevado a la adopción de tecnologías más avanzadas en los aviones militares modernos. Los radares de matriz de fase activa (AESA) son ahora la norma en los aviones de combate modernos. Estos radares utilizan una cuadrícula de antenas para transmitir y recibir señales, lo que les permite emitir en todas direcciones.

El dispositivo recibió originalmente el nombre de carcinotrón, en honor al nombre griego del cangrejo de río, que nada hacia atrás. Simplemente cambiando el voltaje de suministro, el dispositivo podía producir cualquier frecuencia requerida a través de una banda que era mucho mayor que la que cualquier amplificador de microondas existente podría igualar: el magnetrón de cavidad trabajaba a una única frecuencia definida por las dimensiones físicas de sus resonadores, y mientras que el klistrón Amplificó una señal externa, solo lo hizo de manera eficiente dentro de un pequeño rango de frecuencias.

Anteriormente, bloquear un radar era una operación compleja y que requería mucho tiempo. Los operadores tuvieron que escuchar las posibles frecuencias que se estaban utilizando, instalar uno de un banco de amplificadores en esa frecuencia y luego comenzar a transmitir. Cuando la estación de radar se daba cuenta de lo que estaba pasando, cambiaban sus frecuencias y el proceso comenzaba de nuevo. Por el contrario, el carcinotrón podía recorrer todas las frecuencias posibles con tanta rapidez que parecía ser una señal constante en todas las frecuencias a la vez. Los diseños típicos podrían generar cientos o pocos miles de vatios, por lo que en cualquier frecuencia, la estación de radar puede recibir unos pocos vatios de potencia. Sin embargo, a larga distancia, la cantidad de energía de la transmisión del radar original que llega al avión es sólo de unos pocos vatios como máximo, por lo que el carcinotrón puede dominarlos.

El sistema era tan potente que se descubrió que un carcinotrón operado en un avión comenzaría a ser efectivo incluso antes de que se elevara por encima del horizonte del radar. A medida que recorría las frecuencias, transmitiría en la frecuencia operativa del radar en momentos que efectivamente eran aleatorios, llenando la pantalla con puntos aleatorios cada vez que la antena apuntaba cerca de él, tal vez 3 grados a cada lado del objetivo. Había tantos puntos que la pantalla simplemente se llenó de ruido blanco en esa área. A medida que se acercaba a la estación, la señal también comenzaría a aparecer en los lóbulos laterales de la antena, creando más áreas que quedaban ocultas por el ruido. A corta distancia, del orden de 100 millas (160 km), toda la pantalla del radar estaría completamente llena de ruido, volviéndola inútil.

El concepto era tan potente como inhibidor que existían serias preocupaciones de que los radares terrestres estuvieran obsoletos. Los radares aéreos tenían la ventaja de que podían acercarse al avión que transportaba el bloqueador y, eventualmente, la enorme salida de su transmisor "quemaría" el bloqueador. Sin embargo, los interceptores de la época dependían de la dirección terrestre para alcanzar el alcance, utilizando radares terrestres. Esto representó una enorme amenaza para las operaciones de defensa aérea.

Para los radares terrestres, la amenaza finalmente se resolvió de dos maneras. La primera fue que los radares se actualizaron para operar en muchas frecuencias diferentes y cambiar entre ellas aleatoriamente de un pulso a otro, un concepto ahora conocido como agilidad de frecuencia. Algunas de estas frecuencias nunca se utilizaron en tiempos de paz y eran muy secretas, con la esperanza de que el bloqueador no las supiera en tiempos de guerra. El carcinotrón aún podría recorrer toda la banda, pero luego transmitiría en la misma frecuencia que el radar sólo en momentos aleatorios, lo que reduciría su efectividad. La otra solución fue agregar receptores pasivos que triangularan las transmisiones del carcinotrón, permitiendo a las estaciones terrestres producir información de seguimiento precisa sobre la ubicación del bloqueador y permitiéndoles ser atacados.

Oscilador de onda inversa