• حمید نظری
  • 1396/12/20
  • 0
  • 80

 

در لامپ‌هاي با ميدان متقاطع (Cross Fielde) ميدان مغناطيسي dc و ميدان الكتريكي dc بر يكديگر عمودند. در همه لامپ‌هاي CF ميدان مغناطيسي dc نقش مستقيمي در فرآيند اندركنشي RF ايفا مي‌كند.

لامپ‌هاي CF نامشان را از اين حقيقت كه ميدان الكتريكي dc و ميدان مغناطيسي dc بر يكديگر عمودند گرفته‌اند. در لامپ CF الكترونهايي كه توسط كاتد ساطع مي‌شوند بوسيله ميدان الكتريكي شتاب داده مي‌شوند و سرعت مي‌گيرند. اما همانطور كه با ادامه مسير سرعتشان بيشتر مي‌شود توسط ميدان مغناطيسي خم مي‌شوند. اگر يك ميدان RF در مدار آند به كار برده شود الكترون‌هايي كه در طي اعمال ميدان كاهنده وارد مدار شوند كند مي‌شوند و مقداري از انرژي خود را به ميدان RF مي‌دهند. در نتيجه سرعتشان كاهش مي‌يابد و اين الكترونهاي با سرعت كمتر در ميدان الكتريكي dc كه به ميزان كافي دور هست تا ضرورتاً همان سرعت قبلي را دوباره بدست بياورند طي مسير مي‌كنند. بدليل كنش اندركنش‌هاي ميدان متقاطع فقط آن الكترون‌هايي كه انرژي كافي به ميدان RF داده‌اند مي‌توانند تمام مسير تا آند را طي كنند. اين خصيصه لامپ‌هاي CF را نسبتاً مفيد مي‌سازد. آن الكترونهايي كه در طي اعمال ميدان شتاب‌دهنده وارد مدار مي‌شوند بر حسب دريافت انرژي كافي از ميدان RF شتاب داده مي‌شوند و به سمت كاتد باز مي‌گردند. اين بمباران برگشتي در كاتد گرما ايجاد مي‌كند و راندمان كار را كاهش مي‌دهد.

در اين فصل چندين لامپ CF را كه عموماً به كار برده مي‌شوند مورد مطالعه قرار مي‌دهيم.

 

1-اسيلاتورهاي مگنترون

Hull در سال 1921 مگنترون را اختراع كرد. اما اين وسيله تاحدود دهه 1940 تنها يك وسيله آزمايشگاهي جالب بود. در طول جنگ جهاني دوم نيازي فوري به مولدهاي ماكروويوي پرقدرت براي فرستنده‌هاي رادار منجر به توسعه سريع مگنترون شد. همه مگنترون‌ها شامل بعضي اشكال آند و كاتد كه در يك ميدان مغناطيسي در ميان يك ميدان الكتريكي بين آند و كاتد كار مي‌كنند مي‌باشند. به دليل ميدان تقاطع بين آندو كاتد الكترون‌هايي كه از كاتد ساطع مي‌شوند تحت‌تأثير ميدان متقاطع مسيرهايي منحني‌شكل را طي مي‌كنند.

اگر ميدان مغناطيسي dc به اندازه كافي قوي باشد الكترون‌ها به آند نخواهند رسيد ولي درعوض به كاتد باز مي‌گردند. در نتيجه جريان آند قطع مي‌شود. مگنترون‌ها را مي‌تان به سه نوع طبقه‌بندي كرد:

 

 

1)   مگنترون با آند دو نيم شده
اين نوع مگنترون از يك مقاومت منفي بين دو قسمت آند استفاده مي‌كند.

 

 

2)    مگنترون سيكلوترون فركانس

اين نوع مگنترون تحت تأثير عمل سنكرون كردن يك جزء متناوب ميدان الكتريكي و نوسان پريوديك الكترون‌ها در يك مسير مستقيم با ميدان عمل مي‌كند.

 

 

3)    مگنترون موج رونده

اين نوع مگنترون به اندركنش الكترون‌ها با ميدان الكترومغناطيسي رونده با سرعت خطي بستگي دارد. اين نوع از لامپها به صورت ساده به عنوان مگنترون ناميده مي‌شود.

مگنترون‌ها با مقاومت منفي معمولاً در فركانس‌هاي زير ناحيه مايكروويوي كار مي‌كنند. اگرچه مگنترون‌هاي سيكلوترون فركانس در فركانس ناحيه مايكروويوي كار مي‌كنند، قدرت خروجي آنها بسيار كم است (حدود 1 وات در GHZ 3) و راندمان آنها بسيار كم است. (حدود 10% در نوع آند دونيم شده و 1% در نوع تك‌آندي) بنابراين دو نوع اول مگنترون‌ها در اين نوشتار مورد توجه نيستند.

مگنترون‌هاي استوانه‌اي

نيز ناميده مي‌شود.دياگرام شماتيكي اسيلاتور مگنترون استوانه‌اي در شكل زير نشان داده مي‌شود. اين نوع مگنترون، مگنترون قراردادي

 

 

در مگنترون استوانه‌اي چندين حفره به شكاف‌ها متصل شده‌اند و ولتاژ dcV0بين كاتد و آند اعمال مي‌شود. چگالي شار مغناطيسي B0در راستاي محور Z است. وقتي كه ولتاژ dc و شار مغناطيسي به درستي تنظيم شوند الكترون‌ها مسيرهاي دايروي را در فضاي آند- كاتد تحت نيروي تركيبي ميدان الكتريكي و مغناطيسي طي مي‌كند.

 

 

براي سالهاي بسيار مگنترون‌ها منابع پرقدرتي در فركانس‌هايي به بزرگي GHZ 70 بوده‌اند. رادار نظامي از مگنترون‌هاي موج رونده قراردادي براي توليد پالس‌هاي RF با پيك قدرت بالا استفاده مي‌كند. هيچ‌وسيله مايكروويوي ديگري نمي‌تواند همانطور كه مگنترون‌هاي قراردادي مي‌توانند عمل مگنترون را با همان اندازه، وزن، ولتاژ و محدوده راندمان انجام دهد. در حال حاضر، مگنترون مي‌تواند پيك قدرت خروجي تا KW 800 مي‌رسد. راندمان بسيار بالاست و از 40 تا 70% تغيير مي‌كند.

 

مگنترون كواكسيالي
مگنترون كواكسيالي از تركيب يك ساختار رزوناتوري آند كه توسط يك حفره با Q بالا كه در مورد TE011كار مي‌كنند احاطه شده است تشكيل شده است.

 

 

 

 

 

 

شيارهايي كه در پشت ديواره حفره‌هاي متناوب ساختار رزوناتوري آند قرار دارند به طور محكمي ميدان‌هاي الكتريكي اين رزوناتورها را با حفره احاطه‌كننده كوپل مي‌كنند. در عمل مودميدان‌هاي الكتريكي در همه حفره‌هاي ديگر هم فاز هستند و بنابراين آنها در جهت يكسان با حفره احاطه‌كننده كوپل مي‌شوند. در نتيجه حفره كواكسيالي محيطي مگنترون را در موردمطلوب تثبيت مي‌كند. در مورد TE011مطلوب ميدان‌هاي الكتريكي مسيري دايروي را در داخل حفره طي مي‌كنند و در ديواره‌هاي حفره به صفر كاهش مي‌يابند. جريان در مورد TE011در ديواره‌هاي حفره در مسيرهاي دايروي حول محور لامپ جريان دارند. مودهاي غيرمطلوب توسط تضعيف‌كننده در داخل استوانه داخلي شياردار نزديك انتهاهاي شيارهاي كوپلينگ ميرا مي‌شوند. مكانيزم تنظيم ساده و قابل اعتماد است. رزوناتور آند مگنترون كواكسيالي مي‌تواند بزرگتر و با پيچيدگي كمتري نسبت به مگنترون قراردادي باشد. بنابراين بارگذاري كاتد كمتر است و شيب‌هاي ولتاژ كاهش داده مي‌شوند.

 

 

1-2-1- مگنترون‌هاي كواكسيالي شركت Litton

 

 

Product Number

Band

Frequency GHz

Peak Power Kw

Duty Cycle

L-4570

C

5.4-5.88

250

0.0013

L-4469

X

8.5-9.6

200

0.001

L-4936

X

7.8-8.5

20

0.0012

L-4972

X

8.5-9.6

20

0.0012

L-4575

X

8.5-9.6

200

0.001

L-4593

X

8.5-9.6

250

0.0005

L-4590

X

8.7-9.4

200

0.001

L-4770

X

9.0-9.16

70

0.00066

L-4791

X

9.0-9.2

80

0.0011

L-4581

X

9.0-9.6

220

0.001

L-4979

X

9.05-10.0

100

0.001

L-4666

X

9.16-9.34

350

0.001

L-4583 A

X

9.2-9.55

200

0.001

L-5190

X

9.24

90

0.001

L-5362 B

X

9.345

10

0.001

L-5274 B

X

9.345

7.5

0.001

L-4652 B

X

9.345

8.7

0.001

L-4704

X

9.345

8.7

0.001

 

 
مگنترون با قابليت تنظيم ولتاژاست. همانطور كه در شكل زير نشان داده مي‌شود پرتو الكتريكي از يك كاتد استوانه‌اي كوتاه از يك انتهاي دستگاه ساطع مي‌شود. مگنترون با قابليت تنظيم ولتاژ يك اسيلاتور باند وسيع با فركانس متغير با تغيير ولتاژ اعمال شده بين آندوسل

الكترون‌ها توسط ميدان‌هاي الكتريكي مغناطيس به شكل يك پرتو توخالي درمي‌آيند و سپس به طور اساسي از كاتد به بيرون فرستاده مي‌شود. سپس پرتو الكتروني به ناحيه بين سل و كاتد وارد مي‌شوند. پرتو با سرعتي كه توسط ميدان مغناطيسي محوري و ولتاژ dc اعمال شده بين آند و سل كنترل مي‌شود حول سل مي‌گردد.

 

 

 

 

مگنترون با ولتاژ قابل تنظيم از يك رزوناتور با Q كم استفاده مي‌كند و پهناي باند آن در سطوح قدرت كم از 50% تجاوز مي‌كند. در مورد، فرآيند دسته‌شدن پرتو توخالي در رزوناتور رخ مي‌دهد و فركانس نوسان توسط سرعت چرخشي پرتو الكتروني تعيين مي‌شود. به عبارت ديگر فركنش نوسان را مي‌توان با تغيير ولتاژ dc اعمال شده بين آند و سل كنترل كرد.

در سطوح قدرت بالا و فركانس‌هاي بالا درصد پهناي باند محدود است، در حاليكه در سطوح قدرت كم و فركانس‌هاي بالا پهناي باند ممكن است به 70% برسد.

 

 

1-3-1- مگنترون قابل تنظيم ساخت شركت TMD

Duty Cycle Max

Tuning RangeMHZ

پيك قدرت KW

فركانس GHZ

001/0

1000

200

5/9-5/8

0015/0

50

100

2/9-9

0015/0

200

100

5/9-1/9

0015/0

200

100

4/9-3/9

 

 

2-3-1- مگنترون با فركانس ثابت[7] ساخت شركت TMD

Duty Cycle Max

پيك قدرت KW

فركانس GHZ

001/0

3

24/9-21/9

0015/0

100

27/9-22/9

001/0

100

39/9-35/9

0015/0

50

17-16

 

 

مگنترون كواكسيالي معكوس

مي‌دهد. شكل زير دياگرام شماتيكي مگنترون كواكسيالي را نشان مي‌دهد.مگنترون را مي‌توان با آند و كاتد معكوس ساخت. يعني اينكه كاتد آند را احاطه كند. در مگنترون كواكسيالي معكوس حفره در داخل يك استوانه شياردار قرار مي‌گيرد و آرايه پره رزوناتور در خارج آن قرار گرفته است. كاتد يك حلقه حول آند تشكيل

 

 

 

مگنترون كواكسيالي Frequency- Agile

مگنترون كواكسيالي Frequency Agile با مگنترون قابل تنظيم استاندارد متفاوت است. Frequency Agility(FA) يك مگنترون كواكسيالي به صورت قابليت تنظيم فركانس خروجي رادار با سرعت به اندازه كافي بالا براي ايجاد تغيير فركانسي پالس به پالس است، به طوري كه اين تغيير بزرگتر از مقدار لازم موثر براي خنثي كردن وابستگي اكوهاي مجاور رادار باشد تعريف مي‌شود.

مگنترون Frequency Agile به همراه مدارهاي مجتمع گيرنده مناسب مي‌تواند جرقه‌زني[8] هدف را كاهش مي‌دهد، قابليت تشخيص هدف را در يك محيط شلوغ افزايش دهد و مقاومت در برابر اقدام‌هاي متقابل الكترونيكي (ECM) را افزايش دهد. افزايش جدا سازي فركانسي پالس به پالس بيشتر، شكل بيشتر در مركز قرار دادن فرستنده پارازيتي در فركانس رادار روي خواهد داد كه اين كار براي تداخل موثر با عملكرد سيستم صورت مي‌گيرد.

1-5-1- مگنترون‌هاي Frequency Agile شركت Litton

 

 

Product Number

Band

Frequency GHz

Agility Rate Hz

Range MHzAgility

Peak Power Kw

Duty Cycle

L-4771

X

9.05

25

215

200

0.001

L-4736

X

9.1-9.5

75

30

75

0.001

L-4683

X

9.35

0

250

250

0.001

L-4798

X

9.375

75

40

100

0.001

L-4799

X

9.375

75

40

100

0.001

L-4528

Ku

15.60

0

100

100

0.001

L-4752 B

Ku

16.85

60

80

50

0.0007

L-4525

Ku

16.20

0

250

75

0.0008

L-4770

Ku

16.0-17.0

200

25

55

0.0010

L-4754

Ku

16.0-17.0

200

25

55

0.001

L-4527

Ku

16.50

0

300

65

0.0007

 

 

 

2-5-1- مگنترون‌هاي Frequency Agile شركت TMD

 

 

Duty Cycle Max

Tuning Range MKZ

پيك قدرت KW

فركانس GHZ

0015/0

450

100

5/9-5/8

0013/0

450

200

2/9-5/8

0013/0

450

200

4/9-7/8

0013/0

450

200

5/9-7/8

0011/0

100

80

5/9-9/8

0015/0

450

100

5/9-9

0015/0

450

100

5/9-9

0015/0

450

100

3/9-1/9

0013/0

200

70

17-16

0012/0

*

80

باند Ku

 

 

 

 

VANE AND STRAP

با برگشت به جنگ جهاني دوم مدار Vane and strap اولين مدار مگنترون مدرن آن روز بود. Vane and strap تعامل بعدي ترتيب حفره و شيار (hole and slot) بود كه كارآيي كمتري داشت و از مشكلات ناپايداري مد صدمه مي‌ديد.

مگنترون Vene and strap ناميده مي‌شوند انجام مي‌دهد. ساختار رزوناتور شبيه بسياري از مدارهاي رزوناتور نيم‌موج داراي مدهاي نوساني چندگانه است.[9] همانطور كه از اسمش برمي‌آيد، عمل انتخاب مدش را با بستن يا وصل كردن پره‌هاي متناوب با تكه سيم‌هاي دايروي شكل كه نوار

 

 

1-6-1- مگنترون‌هاي Vane and strap شركت Litton

 

 

Product Number

Band

Frequency GHz

Peak Power Kw

Duty Cycle

L-3858

S

2.45

2.5

CONTINUOUS

L-4933

S

2.72

480

0

L-4932

S

2.76

480

0.0007

L-4931

S

2.8

480

0.0007

L-4919

S

2.805

4500

0.001

L-4830

S

2.84

480

0.0007

L-4939

S

2.88

480

0.0007

L-4928

S

2.9-3.1

1000

0.001

L-4678

C

3.9-4.1

350

0.001

L-4620

C

4.5-5.1

250

0.00125

L-4727

C

5.4

85

0.0012

7158 B

C

5.45-5.825

250

0.0006

6344 A

C

5.45-5.25

176

0.00085

L-5080

C

5.45-5.825

250

0.001

7156 A

C

5.45-5.825

228

0.0009

L-4701

C

6.8-7.3

300

0.001

L-3108 A

X

8.5-9.6

65

0.001

6543

X

8.5-9.6

65

0.001

6543 A

X

8.5-9.6

85

0.001

L-4193 A

X

8.5-9.6

200

0.001

 

 

Rising sun

مدار Rising sun نام خود را از ظاهر مقطع رزوناتور گرفته است. رزوناتورها متناوباً با يك قطر مشترك داخلي بزرگ و كوچك مي‌شوند. اين ساختار از طراحي الكتريكي يك سيستم رزوناتوري دوگانه كوپل شده منتج مي‌شوند.

اگرچه ساختارهاي Rising sun 40 قدمت دارند اما به اندازه مگنترون‌هاي كواكسيالي و Vane and strap موردتوجه نيستند چون در باندهاي ميليمتري تقاضا زياد نيست. ساختارهاي Rising sun هزينه كمي نسبت به مدار Vane and Strap در GHZ 100 دارند. Q اين مدار نسبتاً كم است.

1-7-1- مگنترون‌هاي Rising sun شركت Litton

Product Number

Band

Frequency GHz

Peak Power Kw

Duty Cycle

L-4154 B

Ka

24.25

40

0.0003

L-4054 A

Ka

34.85

88

0.0008

 

 

Ka

34.85

124

0.0004

L-4064 E

Ka

34.85

125

0.0004

L-4516 A

Ka

34.7-34.93

70

0.0007

 

 

Ka