در يك لامپ با پرتو خطي يك ميدان مغناطيسي كه محور ان بر محور پرتو الكتروني منطبق است براي اينكه پرتو را هنگاميكه طول لامپ را مي پيمايد به هم پيوسته حفظ كند به كاربرده مي شود.
  • 1396/12/20 3/11/2018 9:49:14 AM 3/11/2018 9:49:14 AM
  • 0
  • 24

در يك لامپ با پرتو خطي يك ميدان مغناطيسي كه محور ان بر محور پرتو الكتروني منطبق است براي اينكه پرتو را هنگاميكه طول لامپ را مي پيمايد به هم پيوسته حفظ كند به كاربرده مي شود. در اين لامپ ها الكترون ها قبل از اينكه ناحيه اندر كنش مايكروويوي برسند انرژي پتانسيل را از پرتو ولتاژ DC دريافت مي كنند و اين انرژي به انرژي جنبشي تبديل مي شود. در ناحيه اندر كنش مايكروويوي الكترون ها توسط ميدان مايكرووي يا شتاب مي گيرند يا حركتشان كند مي شود و سپس در حاليكه به انتهاي لامپ رانده مي شوند يك دسته مي شوند. الكترون‏هاي دسته شده به ترتيب جرياني را در ساختار خروجي القا مي كنند. الكترون ها سپس انرژي جنبشي خود را به ميدان‏هاي مايكروويوي مي دهند و توسط كلكتور جمع مي شوند. لامپهاي با پرتو خطي براي تقويت كنندگي مناسب هستند. در حال حاضر تقويت كننده‏هاي كلايسترون و TWT مي توانند پيك قدرت خروجي تا 30MW را در فركانس 10GHZ و ولتاژ 100KV فراهم كنند. قدرت خروجي متوسط تا 700KW مي رسد. بهمراه اين لامپ ها از 30 تا 70 متغير است و راندمان آن از 15 تا 60 در صورت پهناي باند كلايسترون 1 تا 8 درصد و در مورد TWT از 10 تا 15 درصد مي باشد.

1-كلايسترون‏ها:

كلايسترونها لامپهاي با پرتو خطي هستند با چندين حفره رزوناس كه باتيوپهاي drrift نازك از هم جدا شده اند. قطر اين تيوبها بسيار كمتر از يك طول موج است بنابراين هيچ كوپلينگ بين حفره‏اي وجود ندارد. حفره ورودي به سيگنالي كه تقويت مي شود متصل مي شود و حفره خروجي به بار متصل است.

كلايسترونها لامپهاي بينهايت محكمي هستند. برخي مدلها قدرت متوسط بزرگ و موج پيوسته با راندمان خيلي بالا توليد مي كنند. به عنوان مثال در موج پيوسته قدرت 1300KW در فركانس 350MHZ و قدرت 600KW در فركانس 3.7GHZ انواع ديگر كلايسترونها پيك قدرت بسياري بالايي دارند. 45MW براي 4/5 يا MW150 براي 1 بهره عموماً حدود 45 تا dB50 است.

پرتو الكتروني توسط ميدان الكترو مغناطيسي متمركز مي شود. كلكتورها در دو مرحله موثر سرد مي شوند(مايع بخار) يك پمپ يوني بهترين خلا نياز براي عمر طولاني لامپ را فراهم كند. اين كلايسترونها در شمار زيادي از وسايل غير نظامي و نظامي به كار برده مي شود. چون اين لامپها قادرند پهناي باند بزرگي كه در برخي موارد بزرگتر از 10 درصد است ارائه دهند.

كلايسترون دو حفره اي (Two-Cavity) تقويت كننده مايكروويوي است كه به طور وسيعي به كاربرده مي شود و بر اساس اصول مدولاسيون سرعت و جريان كار مي‌كند. همه الكترونهايي كه از كاتد وارد شده اند با سرعت يكنواخت به اولين حفره مي رسند. الكترون هايي كه از اولين شكاف حفره در ولتاژ شكاف صفر (يا ولتاژ سيگنال صفر) عبور مي كنند از حفره بدون تغيير سرعت عبور مي كنند. الكترون هايي كه در نيم سيكل مثبت ولتاژ شكاف عبور مي كنند دستخوش افزايش سرعت مي شوند. الكترونهايي كه در نيم سيكل هاي منفي ولتاژ شكاف عبور مي كنند به كاهش سرعت تن در ميدهند در نتيجه اين رفتارها، الكترونها به تدريج در حاليكه به طرف انتهاي فضاي drift حركت مي كنند دسته مي شوند تغيير سرعت الكترون درفضاي drift مدولاسيون سرعت ناميده مي شود. چگالي الكترون ها در حفره دوم به طور متناوب با زمان تغيير مي‌كند.

پرتو الكتروني شامل يا جزء ac مي شود و اين طور ناميده مي شود كه مدولاسيون جريان صورت گرفته است.

حداكثر دسته شدن بايد در طي كند كردن فاز آن تقريباً در نيمه راه بين شبكه هاي حفره دوم صورت گيرد بنابراين انرژي جنبشي از الكترون ها به ميدان حفره دوم انتقال مي‏يابد.

سپس الكترون ها به سرعت كاهش يافته از حفره دوم خارج مي شوند و سرانجام در كلكتور جذب مي شوند مشخصات تقويت كننده كلايسترون دو حفره اي به شرح زير است.

1-راندمان حدود 40 درصد 2-قدرت خروجي: در فركانس 10GHZ قدرت متوسط (موج پيوسته CW) تا 500KW و براي قدرت موج پالسي تا 30MW مي رسد)

1-1- تقويت كننده كلايسترون چند حفره اي (Multi Carity)

بهره قدرت تقويت كننده كلايسترون دو حفره اي حدود C.dB است براي بدست آوردن بمهره بالاتر يك راه اين است كه چندين لامپ دو حفره اي را به صورت Cascade به هم متصل كنيم و خروجي هر كدام از لامپ ها را به ورودي لامپ بعدي وصل كنيم. در كلايسرون چند حفره اي هر كدام از حفره‏هاي مياني به فاصله پارامتر دسته بندي X ، 84/1 دورتر از حفره قبلي قرار گرفته است كه به عنوان دسته كننده عمل مي‌كند و به پرتو الكتروني عبوري ولتاژ RF بيشتري نسبت به حفره قبلي القا مي‌كند كه به نوبت مدولاسيون سرعت را افزايش مي دهند.

 

2-1- كلايسترون‏هاي چند پرتوي (MBK)

در كلايسترون هاي چند پرتوي انتشار جريان كه بوسيله بردن چندين كاتد صورت مي گيرد (در روسيه معمول است) لامپ MBK مدل روسي براي كاربرد در رادار مناسب است.

اين منبع مايكروويوي پيشنهادي بر اساس تمركز مغناطيسي تناوبي (PPM) است اين لامپ ها به دليل اقتصادي بايد با مغناطيس‏هاي دائمي متمركز شوند. به عنوان مثال يك GMBK ده پرتوي شامل ده پرتو است كه از 4 حفره عمومي و ده حفره هارمونيكي ثانوي تكي كه راندمان را افزايش مي دهند عبور مي‌كند.

قدرت خروجي2GW

فركانس1GHZ

جريان 6700A

 

 

 

طول پالسي1Ny

ولتاژ 600KV

بهره 30dB

راندمان 50%

 

 

چون دستگاه در يك فركانس ثابت كار خواهد كرد نيازي به منبع جداگانه براي به كار انداختن آن نياز در عوض از حفره سوم براي تحريك حفره اول استفاده مي شود و لامپ رادار به نوسان كردن مي شود.

2- لامپ موج رونده ( TWT )

از سالهاي دهه 1960 اين طور پيش بيني مي شد كه وسايل Solid – state مايكروويوي جايگزين لامپهاي TWT خواهند شد . اما اين جايگزيني فقط در سيستمهاي الكترونيكي كم قدرت رخ داد .

لامپهاي قدرت مايكروويوي همچنان به عنوان تنها انتخاب براي فرستنده هاي پر قدرت هستند و انتظار مي رود كه اين موقعيت را همچنان حفظ كنند . تكنيكهاي مايكروويوي به طور فزاينده اي با بسياري از سيستم هاي الكترونيكي تطبيق شده است . نظير سيستمهاي رادار هوايي ، دفاع نظامي فضايي سيستمهاي هدايت موشك و سيستمهاي مخابرات فضايي .

لامپ موج رونده ( TWT ) يك لامپ الكترونيكي است كه براي تقويت كنندگي در فركانسهاي مايكروويوي ـ كه عموماً به صورت فركانسهاي بين MHZ 500 و GHZ 300 يا طول موجهاي از cm 30 تا mm 1 شناخته مي شوند ـ به كار مي رود . قابليت توليد قدرت از چند وات تا چند كيلو وات تغيير مي كند . براي helix TWT پهناي باند ممكن است به بزرگي 2 اكتا و يا بيشتر باشد و سطوح قدرت از ده ها وات تا صد وات برسد . براي Couplel Cavity TWT پهناي باندها در محدودة %20 10 معمول هستند و سطوح قدرت در سطوح مگاوات است .

كاربردهاي TWT ها متغير است . TWT به عنوان تقويت كننده نهايي در تقريباً همه ماهواره هاي مخابراتي به كار مي رود . در بسياري از سيستمهاي رادار تعداد يك يا بيشتر TWT به عنوان تقويت كننده پر قدرت كه پالس RF ارسالي را توليد مي كند كه به كار برده مي شوند . در موارد ديگر ممكن است يك TWT به عنوان درايور براي بعضي از تقويت كننده هاي RF پر قدرت ديگر نظير تقويت كننده ميدان متقاطع ( CFA )‌ به كار برده مي شود .

مشكل است كه دوران امروز تكنولوژي مايكروويوي را بدون TWT و تقويت كننده TWT (‌ TWTA )‌ متصور مي شويم . هيچ وسيله ديگري نمي تواند تركيب پهناي باند ، قدرت خروجي و بهره را با هم مثل TWT تطبيق دهد . براي الكترونيكي ، اكتشاف فضا ، تقويت سيگنالهاي video ـ home ، TWT افق مايكروويوي را گسترش داده است .

1-2- تاريخچه TWT

تاريخچه تكنولوژي مايكروويوي ، تاريخچه اي از پيشرفتهاي پياپي در تكنولوژي هاي به كار برده شده براي توليد ، تقويت و پردازش سيگنالها در فركانسهاي مايكرووي است . عمل كردن در آستانه ناحيه مايكروويوي بوسيله تريودهايي كه ساختار بخصوصي براي مينيمم كردن اثرات زمان عبور دارند فراهم شد . اين كار تريود توسط مگنترون و ديگر ادوات ميدان متقاطع ادامه يافت و سپس توسط كلايسترون دنبال شد . امروزه نيز TWT اين راه ر ا ادامه مي دهد .

TWT يك وسيله جديد نيست . قابل توجه است كه قابليتها و برخي كاربردهاي بالقوه آن نزديك 60 سال شناخته شده بوده است . TWT در طي اواخر جنگ جهاني دوم توسط مهاجري استراليايي دكتر Rudolf Kompfner روي لامپهاي مايكروويوي كار مي كرد اختراع شد .  هنگامي كه براي نيروي دريايي بريتانيا

TWT در طي جنگ استفاده نشد و به عنوان يك وسيله تحقيقاتي آزمايشگاهي باقي ماند تا اينكه اولين لامپ عملي توسط J.R.Pirerce ، L.M.Field در آزمايشگاههاي تلفن بل (‌ BTL )‌ در سال 1945 توسعه يافت . نتايج اوليه در IRE Transactions در فوريه 1947 چاپ شد .

در اين بين سرويسهاي نظامي كاربردهاي بالقوه اي در ذهن داشتند نظير رادار و ECMتوسعه رادار در طي جنگ جهاني دوم به سرعت با توسعه تكنيكها ECM براي فريب دادن و پارازيت دادن به رادار دنبال شد . بسياري از اين تكنولوژي هاي پيشرفته در Aircraft Hughes Company انجام شد . در اواخر سالهاي دهه 1950 در حاليكه مطمئن بودند كه در آينده TWT جزء كليدي تعدادي از كاربردها خواهند بود گروه كوچكي از دانشمندان ، مهندسان و تكنسينهاي مجرب كه در تحقيقات TWT شركت كردند اين شركت به يك تشكيلات تبديل شد . اين تشكيلات بعداً (‌ EDD ) Electron Dynamic Devices ناميده شد و شهرتي تثبيت شده به عنوان رهبر توسعه و توليد TWT هاي نظامي و تجاري و TWTA ها و زير سيستمهاي وابسته دارد .

علاوه بر كاربردهاي راداري ، برخي از موفقيتهاي TWT هاي Hughes ، كاربردهاي فضايي بود .

TWT هاي فضايي Hughes در تحقيقات علمي و كاربردهاي مخابراتي به كار برده مي شوند .

2-2- اجزاي يك TWT

همه TWT ها داراي چهار قسمت اصلي هستند .

  • تفنگ الكتروني كه پرتو الكتروني پر تراكم توليد مي كند .
  • كه انرژي الكترو مغناطيسي موج رونده را كه با آن پرتو الكتروني مي تواند اندركنش كند پشتيباني مي كند . مدار مايكروويوي موج آهسته
  • كلكتور كه پرتو الكتروني باقي مانده را كه از مدار موج آهسته بوجود مي آيد جمع مي كند .
  • جعبه TWT كه نقاط اتصال به سيستم مورد استفاده را فراهم مي كند ، TWT را به خاطر قدرت هدر رفته در آن سرد مي كند . و در بعضي موارد يا قسمتي از ساختار تمركز پرتو را احاطه مي كند .

طراحي TWT از نيازمنديهايي براي فراهم كردن مقادير معين بهره و قدرت در يك باند فركانس معين سرچشمه مي گيرد . طراحي نهايي TWT معمولاً از يك آناليز مقايسه اي منتج مي شود كه اين آناليز شامل ملاحظاتي است كه شامل منبع تغذيه (‌ power supply )‌ و اتصال TWT و سيستم به كار رفته مي باشد . اين ملاحظات منجر به بده بستانهايي مي شود كه بر هر يك از زير قسمتهاي اصلي TWT اثر مي گذارد . اين ملاحظات به شرح زير هستند :

  • نوع مدار موج آهسته به كار برده شده در مواجهه با نيازمنديهاي قدرت و پهناي باند شامل انتخاب ولتاژ و جريان كاتد به كار برده شده در مواجهه با آن نيازمنديها .

مهم است كه متذكر شويم كه اندازه دماي بالاتر و قابليت قدرت خروجي بزرگتر از مقدار فراهم از TWT هاي كه مدار helix دارند باعث مي شود كه اندازه و وزن افزايش يابد .

  • روش به كار گرفته شده براي متمركز كردن پرتو الكتروني
  • روش به كار رفته براي تغيير جريان پرتو شامل روش به كار رفته براي روشن و خاموش كردن TWT و هر مدولاسيون مورد نياز در طي عملكرد TWT .
  • نيازمنديهاي طول عمر كاري .
  • شرايط محيطي كه تحت آن TWT كار خواهد كرد . ( فشار محيط ، دماي محيط ،‌ سطوح شوك و ارتعاش و غيره )
  • نوع سرمازايي
  • محدوديتهاي اندازه و وزن
  • هزينه

3-2- اساس عملكرد TWT

به خاطر اينكه مفاهيم آشنايي تئوريك مدار در فركانسهاي مايكروويوي پاسخگو نمي باشد لازم است كه شرح دادن ميدانهاي الكتريكي و مغناطيسي كه در امواج الكترومغناطيسي وجود دارند از تئوري الكترومغناطيسي استفاده شود . ريزموجها بسياري از خواص نور مرئي را از خود نشان مي دهند : 1) اين امواج در راستاي مستقيم با سرعت نور حركت مي كنند و فقط به مقدار اندكي توسط اتمسفر زمين منكسر مي شوند و 2) اين امواج مي توانند به صورت پرتوهاي باريك متمركز شوند كه اين پرتوها وقتي به يك سطح هادي برخورد مي كنند به طور كامل منعكس مي شوند . اين خواص باعث مي شوند كه ريز موج براي رادار و سيستمهاي مخابراتي مفيد هستند . از زمان اختراع TWT شكل اصلي آن كم تغيير كرده است ، اگر چه كاربرد اين ابزار امروزه بسيار بهتر است .

تقويت كنندگي TWT با فرستادن يك موج RF الكترومغناطيسي به داخل يك ساختار منتشر كننده كه در مجاورت يك پرتو الكتروني قرار دارد بدست مي آيد .

. سرانجام الكترونها جمع شده و انرژي جنبشي آنها به شكل گرما در كلكتور تلف مي شود . در سمت چپ شكل بالا يك تفنگ الكتروني وجود دارد . وقتي كاتد گرم مي شود يك جريان الكتروني پيوسته ساتع مي كند . اين الكترونها به يك دهانه در آند كشيده مي شوند و سپس توسط يك ميدان مغناطيسي به صورت يك پرتو ديواره استوانه اي متمركز مي شوند . بدين طريق پرتو در داخل ساختار موج آهسته حركت مي كند

در همين زمان كه پرتو الكتروني استوانه اي شكل در طول محور لامپ حركت مي كند . سيگنال RF براي تقويت شدن به داخل ساختار موج آهسته كه در اين مورد سيم مارپيچي كه helix ناميده مي شود ،‌ است تغذيه مي شود . انرژي RF در طول سيم helix با سرعت نور حركت مي كند . با اين وجود ، به دليل مسير مارپيچي انرژي را كه در طول محور لامپ با سرعتي به طور چشمگير كمتر پيش مي رود مي توان به طور مقدماتي با محيط و قطر helix تعيين كرد .

سرعت فاز موج RF (‌ سرعتي كه به نظر مي رسد با آن جبهه فاز انرژي در طول لامپ حركت مي كند )‌ كمي آهسته تر از سرعت پرتو الكتروني است . اين سنكرونيسم نزديك از اندركنش پيوسته بين پرتو الكتروني و سيگنال RF منتج مي شوند . برخي از الكترونها در پرتو توسط ميدان RF آهسته مي شوند در حاليكه ديگر الكترونها شتاب مي گيرند .

همانطور كه الكترونهايي كه مدولاسيون سرعت شده اند از helix پايين مي روند دسته هايي را شكل مي دهند . اين دسته ها به نوبت سبقت مي گيرند و با موج RF آهسته تر helix اندركنش مي كنند و انرژي جنبشي را به موج در helix تحويل مي دهند . نتيجه اين كار تقويت فزاينده سيگنال RF است . TWT هاي تكي با بهره قدرتي بيشتر از 1000000 (‌ dB 70 )‌ ساخته شده اند .

4-2- كنترل پرتو

تفنگ الكتروني تا اندازه اي شبيه لنز پروژكتور عمل مي كند . هدف بدست آوردن جريان الكتورني هر چه بيشتر در حد امكان است كه در داخل پرتو متمركز شده بدون اعوجاج جاري مي شوند . طراحي خوب تفنگ بينهايت مهم است چون تفنگ منبع الكترونهاي پرتو است . بسياري از تفنگهاي TWT همچنين شامل شبكه هاي كنترل يا الكترودهاي كنترل هستند كه اينها پرتو الكتروني را به سرعت شروع يا قطع مي كنند . مدولاسيون پرتو ولتاژ بسيار كمتري نياز دارد نسبت به اينكه تنها ولتاژ كاتد مدوله شود .

تفنگ با شبكه كنترل شش قسمت اصلي دارد :

  • بدنه تفنگ يا ساختار حمايت كننده كه معمولاً سراميك يا سراميك با فاز لحيم شده است .
  • گرم كننده
  • كاتد يا فرستنده الكترون
  • شبكه كنترل
  • الكترود كانوني براي كمك به تشكيل درست پرتو الكتروني
  • آند كه به طور مؤثرتري ميدان شتاب دهنده الكترونها را فراهم مي كند .

 

شكل بالا يك تفنگ را به طور مقطعي نشان مي دهد . طول عمر و قابليت اعتماد توليدات به مقدار زيادي وابسته به طراحي و نوع ماده به كار رفته در كاتد است . انواع مختلفي از مواد كاتدي به عنوان ساتع كننده هاي الكترون به كار برده مي شوند . اما عموماً دو نوع استاندارد دارند . اولين ماده يك نوع اكسيد است كه از نيكل و روكش باريوم / استرانسيوم تشكيل شده است . نوع دوم نوع پخش كننده است كه يك بدنه كه از ماده تنگستن منفذدار تشكيل شده است با مخلوط باريم ، كلسيم و تركيبات آلومينيوم پر شده است .

مواد پر شده به سطح ساتع شدن مي روند ،‌باريم و ديگر مواد فعال پخش مي شوند تا ماده اي كه در طول عمليات تبخير از دست رفته است دوباره تكميل شود .

5-2- تغيير در ساختار موج آهسته

اگر چه انواع زيادي ساختار موج آهسته وجود دارد بيشترشان بر پايه طراحي اصلي helix توسط komphner مي باشد . Helix هنوز بر پهناي باندترين ساختار در دسترس است . شكل زير قسمتهاي اصلي helix TWT از جنس فلز ـ‌ سراميك را نشان مي دهد .

 

6-2- لامپهاي Coupled – Cavity TWT

ساختار Coupled – Cavity TWT كه در بالا نشان داده شد ، زوج حفره هاي رزونانسي را براي آهسته كردن مؤثر انرژي RF به كار مي برد . ساختارهاي Coupled – Cavity اصلي پهناي باندهاي فركانسي 10 تا 15 درصد را فراهم مي كند . روشهايي براي افزايش پهناي باند 40 درصد و بيشتر بوجود آمده است . TWT هايي كه از اين مدار استفاده مي كنند چند صد كيلو وات پيك قدرت در باند S تا باند Ku با بهره dB 60 توليد مي كنند .

1-6-2- توصيف فيزيكي

كلمه Coupled – Cavity به اين معناست كه عمل Coupling با يك شيار بلند كه قوياً موج مغناطيسي را در حفره هاي كناري كوپل مي كند انجام مي شود ، به طوريكه باند عبور مدار اساساً تابعي از يك متغير است . شكل زير دو مدار Coupled Cavity را نشان مي دهد كه بيشتر در لامپهاي TWT مورد استفاده قرار مي گيرند .

دو نوع مدار Coupled – Cavity در TWT ها وجود دارد . نوع اول شامل مدارهاي Forward – wave است كه به طور طبيعي براي كاربردهاي پالسي كه حداقل نيم مگاوات پيك قدرت نياز است به كار برده مي شود . اين مدارهاي Coupled – Cavity اندوكتانس كوپلينگ متقابل منفي در بين حفره ها از خود نشان #1605;ي دهند و نوع دوم اولين مدار Space – harmonic است كه كوپلينگ متقابل بين حفره ها مثبت است اين مدارها با اولين هارمونيك فاصله اي كار مي كنند و عموماً براي كاربردهاي پالسي يا موج پيوسته ( cw )‌ با قدرت خروجي از يك تا چند صد كيلو وات استفاده مي شود .

2-6-2- اصول كار Coupled – Cavity TWT

Coupled – Cavity مشخصه اش مثل فيلتر ميان گذر است . وقتي كه زاويه شيار ( ) شكل زير بزرگتر از 180 شود باند عبور به حدود عملي خود نزديكتر مي شود .

 

لامپ drift توسط قسمت reentrant حفره تشكيل مي شود همانطور كه در مورد كلايسترون داشتيم در طي اندركنش ميدان RF و پرتو الكتروني در TWT تغيير فازي بين حفره ها اتفاق مي افتد كه به صورت تابعي از فركانس است . اگر اندوكتانس متقابل شيار كوپلينگ مثبت باشد مشخصه فاز كاهش مي يابد در حاليكه اگر اندوكتانس كوپلينگ متقابل شيار منفي باشد مشخصه فاز افزايش مي يابد .

مدار معادل Coupled – Cavity توسط Curnow طرح شده است كه در شكل زير نمايش داده شده است .

 

در اين شكل اندوكتانسها براي نشان دادن جريان و خازنها براي نشان دادن ميدانهاي الكتريكي حفره ها به كار برده شده است . اين مدار را مي توان ساده تر كرد . تلفات در حفره ها را مي توان تقريباً با اضافه كردن مقاومت به طور سري با اندوكتانس مدار محاسبه كرد .

3-6-2- توليد Coupled – Cavity TWT هاي جديد

Coupled – Cavity TWT راه حل تكنولوژيكي ايده آل براي سيستمهايي است كه به پيك قدرت و قدرت متوسط RF در پهناي باند 5 تا 10% نياز دارند . اين نوع تقويت كننده RF در اغلب رادارهاي سطح زمين و هوايي و همچنين در سيستمهاي مخابرات موج ميليمتري پر قدرت مورد نياز است . بر اساس اينكه فركانس كار و محدوده قدرت چه مقدار است انواع مختلفي از ساختارهاي RF ، %100 فلزي به كار برده مي شود .

توليدات TED  طيف فركانسي از GHZ 3 ( باند S ) تا GHZ 94 (‌ باند W )‌ را پوشش مي دهند . در مد عمل پالسي براي كاربردهاي راداري لامپهاي شركت TED به قدرت MW 1 و قدرت متوسط KW 20 در باند S ، پيك قدرت KW 1 و قدرت متوسط W 300 در باند Ka و پيك قدرت KW 1 و قدرت ميانگين W 10 در باند W رسيده است . پهناي باند از 2 تا 12% تغيير مي كند . براي موج پيوسته (‌ كاربرد مخابراتي )‌ شركت TED تقويت كننده هايي توليد كرده است كه در باند Q ( GHZ 5/43 تا 5/45 ) 250 تا 400 وات قدرت دارد . Coupled – Cavity TWT ساختار بي نهايت نيرومندي دارد كه نشان از قابليت اطمينان فوق العاده حتي در شديدترين محيطهاي مكانيكي و آب و هوايي است . به عنوان مثال لامپهاي شركت TED در رادارهاي Mirago 2000 ، جنگنده هاي Refale ، EFA ، سيستمهاي دفاع هوايي Arabel و Goalkeeper روي ناوهاي محافظ و ناوهاي هواپيمابر و جوينده ها در باند Ka ، Ku براي موشكها مورد استفاده قرار گرفته است .

 

1-3-6-2- Coupled – Cavity TWT هاي شركت TMD

فركانس پيك قدرت Duty cycleحداقل بهره

GHZ KWMax dB

 

1/3 7/2 50 023/0 50 Cooking ) Forced Air )

1/3 7/2 125 037/0 50 ( Liquid Cooling )

9/5 4/5 50 02/0 50 ( Liquid Cooking )

8/9 6/9 50 01/0 50 ( Liquid Cooking )

9/9 6/9 15 02/0 56 (‌ Forced Air Cooking )

 

2-3-6-2- Coupled – Cavity TWT هاي شركت TED

 

هره اشباع حداقل پيك قدرت فركانس باند

GHZ خروجي حداقل dBDuty cycle KW

X 5/9 9/8 30 58 0084/0

X 2/9 9 30 60 0084/0

بندي شده بندي شده بندي شده

 مشخصات طبقه مشخصات طبقه 46 مشخصات طبقه

X 6/9 5/8 100 52 033/0

Ka 36 12/0 40 9/0 34

 

3-3-6-2- Coupled – Cavity TWT هاي شركت Litton

CC TWT هاي شركت Litton شامل لامپهاي پالسي و موج پيوسته مي شوند كه قادرند تا چندين كيلو وات قدرت مايكروويوي براي رادار تقويت كنند .

CC TWT هاي اين شركت هم اكنون در كاربردهاي هوايي ، دريايي و زميني شامل ، F15 ، F14 ، GPN – 22 ، P-3 ، S – 3 ، B – IB ، F16مي گيرند . مورد استفاده قرار

 

محدوده فركانسي تا GHZ 20

%2 تا %50 پهناي باندهاي گسسته

قدرت خروجي KW 1 تا KW 200

فركانس حداقل پيك قدرت Duty cycleبهره اشباع

GHZ KWMax %dB

 

3/9 51 6/1 5/17 8/8

1/10 47 5 15 5/9

1/9 35 50 5/1 5/9

3/10 59 3 40 8/9

2/10 29 24 4 9/9

10 50 5/1 25 4/9

9/9 57 5/3 15 5/9

10 53 1 50 4/9

9/9 58 5/1 20 7/9

2/10 57 6 20 6/9

10 54 1 50 4/9

14 49 5 15 4/13

7/16 50 25 5/3 2/16

9/16 54 13/0 45 1/16

 

 

4-3-6-2- يكي از توليدات CC TWT شركت ‏TMD

اين لامپ يك تقويت كننده در باند S است . پيك قدرت KW 50 با duty cycle %4/2 و حداقل بهره dB دارد . اين لامپ در محدوده فركانسي MHZ 3050 2750 كار مي كند .

7 2- لامپهاي Helix TWT

چون Kompfner لامپ مارپيچي را در سال 1944 اختراع كرد مدار اصلي كمي تغيير كرده است . براي كاربردهاي باند وسيع ، لامپ مارپيچي تقريباً منحصراً مورد استفاده قرار مي گيرد .

قبل از شروع به شرح TWT مناسب است كه اصول عملكرد بنيادي TWT و كلايسترون را مقايسه كنيم . در مورد TWT ، مدار مايكروويوي غير نوساني است و موج با همان سرعتي كه الكترونها در پرتو دارند منتشر مي شود . اثر اوليه روي پرتو ، اعمال كم مدولاسيون سرعت است كه توسط ميدانهاي الكتريكي ضعيف كه در TWT وجود دارند صورت مي گيرد . در حاليكه در كلايسترون اين مدولاسيون سرعت بعداً به مدولاسيون جريان تبديل مي شود كه سپس جريان RF را در مدار القا مي كند كه باعث تقويت كنندگي مي شود .

در هر حال چند تفاوت مهم بين TWT و كلايسترون وجود دارد :

  1. اندركنش پرتو الكتروني و ميدان RF در TWT در بقيه طول مدار ثابت است اما اندركنش در كلايسترون فقط در شكافهاي چند حفره رزونانسي اتفاق مي افتد .
  2. موج در TWT يك موج منتشر شونده است اما در كلايسترون اين طور نيست .
  3. در CC TWT يك اثر كوپلينگ بين حفره ها وجود دارد در حاليكه هر حفره در كلايسترون به طور مستقل عمل مي كند .

Helix شامل يك پرتو الكتروني است و يك ساختار موج آهسته . پرتو الكتروني توسط يك ميدان مغناطيسي ثابت كه در طول پرتو الكتروني و ساختار موج آهسته اعمال مي شود متمركز مي شود .

ساختار موج آهسته يا به صورت خط مارپيچي است يا به صورت خط تا خورده . سيگنال در اطراف دورهاي helix منتشر مي شوند و يك ميدان الكتريكي در مركز helix توليد مي كنند كه در راستاي محور helix است . ميدان الكتريكي محوري با سرعتي كه بسيار نزديك به حاصلضرب سرعت نور در نسبت فاصله مارپيچ به محيط دايره آن مي باشد پيش مي رود . وقتي كه الكترونها وارد لامپ مارپيچي مي شوند اندركنشي بين ميدان الكتريكي محوري متحرك و الكترونهاي در حال حركت رخ مي دهد . به طور متوسط ، الكترونها انرژي را به موج در helix تبديل مي كنند . اين اندركنش باعث مي شود كه موج سيگنال تحت تأثير قرار نمي گيرند ، آن الكترونهايي كه در ميدان تند شونده وارد helix شوند شتاب مي گيرند و آنهايي كه در ميدان كند شونده وارد مارپيچ شوند حركتشان كند مي شود . همانطور كه الكترونها بيشتر در طول مارپيچ حركت مي كنند در كلكتور دسته مي شوند . عمل دسته شدن فاز را به اندازه / 2 شيفت مي دهد . هر الكترون در دسته با يك ميدان كاهنده قوي تري روبرو مي شود . سپس انرژي مايكروويوي الكترونها توسط دسته الكترون به موج داخل helix تحويل داده مي شود . تقويت موج سيگنال انجام شده است .

 

 شركت هاي سازنده Helix TWT بر پايه تكنولوژي اثبات شده در همه اجزاي TWT نيازمنديهاي كليدي اين كاربردها را فراهم كرده اند نظير وزن سبك ، پهناي باند وسيع ، قدرت فراهم در باند ، اعوجاج RF كم ، راندمان بالا ، طول عمر زياد و قابليت اعتماد در تحت همه شرايط . در آخرين TWT هاي فضايي مبادلات گرمايي پيشرفت كرده است بدين وسيله كه كلكتورها با استفاده از تابش گرما در فضا سرد مي شوند . اين لامپها طيف فركانسي از باند L تا V را پوشش مي دهند و در مخابرات سخن پراكني و ماهواره هاي مشاهده زميني و همچنين در فضا به كار برده مي شوند .

1-7-2- Helix TWT هاي شركت TED

باند فركانس پيك قدرت خروجي بهره اشباع Duty cycle

GHZ min. KW min.dBMax

S 4/3 85/2 6 47 30/0

S مشخصات طبقه بندي شده مشخصات طبقه بندي شده 47 03/0

C 25/5 75/4 25/0 40 CW

C مشخصات طبقه بندي شده مشخصات طبقه بندي شده 46 015/0

Ku 075/0 ( سرد 56 2 17-16

شده با مايع )‌

Ku 06/0 ( سرد 56 4 17-15

شده با هدايت )

Ku 16 15 2 62 03/0

Ku 18/15 25/1 40 04/0

Ka 35 4/0 47 14/0 5/33

 

پيك قدرت باند

فركانس خروجي min. قدرت متوسط بهره اشباع Duty cycle

GHZ KW Wmin. dB%Max

 

C 9/5 3 42 600 20 4/5

X 5/10 4 43 800 20 5/8

X 3/10 5 40 400 8 9

X25/6 35 220 5/3 مشخصات طبقه

بندي شده

 

2-7-2- Helix TWT هاي شركت Litton

1-2-7-2- Helix Pulsed TWT

 

فركانس قدرت Duty cycle بهره dB

GHZ KW %

 

50 6 1 18-5/7

45 6 5/1 18-5/6

5/10 60 6 2 5/8

10 60 5 8 9

5/16 45 4 3/1 5/7

10 50 6 4 9

13 50 5/0 12 5/12

18 6 W40 5 1000

17 60 5 3 16

 

2-2-7-2- Helix Ring Loop TWT

 

فركانس قدرت Duty cycle بهرهGHZKW % dB

6/2 46 01/0 20 1/2

4/9 60 5/3 8 7/8

4/1 50 4 5 2/1

5/3 40 4 2 1/3

 

3-2-7-2- Helix Continuous wave TWT

بهره قدرت فركانس

GHZ WdB

6/3 30 500 8/1

5/7 5/2 500 38

40 125 18-5/7

40 150 18- 5/6

 

8-2- High Power RING – LOOP TWT

تا چندين كيلو وات تقويت كنندگي

محدوده فركانسي از باند D تا J

3 تا 20 كيلو وات پيك قدرت

Duty cycle %5/3 تا %15

 

فركانس پيك قدرت Duty cycleبهره

GHZ KWMaxMin.dB

 

5/9 60 02/0 8 5/8

6/9 60 06/0 3 5/8

95/9 60 04/0 75/3 5/8

6/9 60 035/0 6 6/8

5/10 60 065/0 3 5/9

 

9-2- Pulsed TWT

فركانس قدرت Duty cycle

GHZ KW

 

4 1 2-1

6 5/1 4-2

6 2 8-4

6 5/1 12-8

6 2 18-12

8/2- 8/0 2/0 cm 50

8-2 2/0 cm 50

18-8 2/0 cm 50

6 1 5/2-1

6 5/1 8-2

6 5/1 18-5/6

2 5 4/1-2/1

5/2 10 4-3

2/0 40 9/9-2/9

10 4 10-9

5 8 10-9

100 20 36-33

 

10-2- TWT هاي پر قدرت CRIDDED – CONTROL

لامپهاي COUPLED – Cavity موج رونده ادواتي هستند كه بيشترين كاربرد را در تقويت كننده هاي فركانسهاي مايكروويو با بهره بالا ، قدرت بالا ، كارايي بالا و پهناي باند بالا دارند .

TWT هاي پر قدرت چهار قسمت اصلي دارند : تفنگ الكتروني براي انتشار الكترون ، ساختار موج آهسته براي بر هم كنش مؤثر پرتو ، مدار مغناطيسي براي متمركز كردن پرتو و ساختار كلكتور براي جمع كردن پرتوهاي الكتروني و از بين بردن انرژي گرمايي .

اجراي فيزيكي يك لامپ Coupled Cavity موج رونده شامل يك گسيلگر الكترون ،‌يك شبكه سايه اي ، يك شبكه كنترل ، يك آند مدوله كننده ،‌يك مدار Coupled Cavity ، يك مدار مغناطيسي سلونوئيدي و يك ساختار جمع كننده مي باشد .

 

 بعد از اينكه الكترون ها از كاتد گسيل مي شند به دليل نيروي دافعه الكتروني ،‌پرتو الكتروني تمايل دارد كه پراكنده شود . به عبارت ديگر ،‌ پرتو الكترون بايد براي اندركنش مؤثر با مدار موج آهسته به اندازه كافي كوچك باشد . معمولاً قطر پرتو الكتروني كمتر از يك دهم طول موج سيگنال مي باشد . لامپهاي پر قدرت Coupled Cavity موج رونده براي كنترل كردن پر#1578;و الكترون از تكنيك شبكه اي سايه اي استفاده مي كنند . بنابراين اين وسيله لامپ شبكه اي موج رونده يعني GTWT ناميده مي شود . همانطور كه در شكل نشان داده شده است گسيلگر الكترون GTWT دو الكترود كنترلي دارد : يك شبكه سايه اي نزديك كاتد و يك شبكه كنترلي كه كمي دورتر از كاتد قرار دارد . شبكه سايه اي كه در پتانسيل كاتدي قرار دارد و بين كاتد و شبكه كنترلي قرار گرفته است از انتشار الكتروني از قسمتهايي از كاتد كه ممكن است interception در شبكه كنترلي را افزايش دهند جلوگيري مي كند . شبكه كنترلي كه در پتانسيل مثبت قرار دارد پرتو الكتروني را كنترل مي كند . اين شبكه ها مي توانند قدرت زياد پرتو را ، بيشتر از آنچه كه در حالت ديگر ممكن است كنترل كنند .

 

به طور عمومي ، يك تكنيك مدولاسيون آندي معمولاً در لامپهاي پر قدرت به كار مي رود تا پالس ولتاژ كمتر پرتو ناپايدار را حذف كند و نيازهاي قدرت مدولاتور را براي خروجي پالس پر قدرت كاهش دهد . در لامپهاي شبكه اي موج رونده مدولاتور با يك ولتاژ رگوله شده شبكه مثبت نسبت به كاتد به كار افتد و پرتو الكتروني را براي تقويت RF ايجاد كند . ولتاژ باياس رگوله نشده منفي شبكه نسبت به كاتد براي قطع كردن پرتو الكتروني به كار مي رود . بنابراين مدولاتور آند به صورت يك سوئيچ پالس براي پرتو الكتروني لامپ شبكه اي موج رونده عمل مي كند .

آند تفنگ الكتروني در ولتاژي بالاتر از ولتاژ ساختار موج آهسته كار مي كند تا اينكه از يونهاي مثبت كه توسط پرتو الكتروني در ناحيه ساختار موج آهسته تشكيل شده اند در حركت به سمت كاتد كم توان شوند و آن را بمباران كنند جلوگيري شود .

3- گايروترونهاي پالس طولاني و CW

گايروترونها در فركانس خيلي بالا كار مي كنند . اين اسيلاتورهاي پر قدرت در اصل براي كاربردهاي علمي به كار برده مي شوند . اگر چه از نظر تكنولوژي به كلايسترونها شبيه هستند اما از الكترومگنتهاي ابر رسانا مي كنند همچنين قسمت خروجي مخصوصي دارند ( ديسك دو گانه ، سرد كننده مايع نيتروژن ) چون پيشرفت اوليه اين لامپها در اوايل دهه 1980 بود با فهميدن چگونگي فرايند ساخت گايروترون و تكنولوژي تست كردن آن پيشرفتهاي قابل ملاحظه اي صورت گرفته است . به عنوان مثال در فركانس GHZ 8 گايروترونهاي شركت TED پالسهاي با قدرت MW 1 در 1 ثانيه دارند و امروز گايروترون TH1506 قادر است قدرت KW 500 را در فركانس GHZ 118 براي يك دوره از 5 ثانيه تا چندين دقيقه ارائه دهد . گايروترونها استفاده از يك مدار موج سريع كه در آن ميدانهاي الكتريكي مي توانند حتي در فاصله هاي زياد از ساختار مدار كاملاً بزرگ باشند و چون از مدهاي مرتبه بالاتر استفاده مي كند اندازه ساختار مدار مي تواند به طور قابل ملاحظه اي بزرگتر از طول موج موج توليد شده باشد . اين ساختار به گايروترون بايد با ميدان الكتريكي موج سريع كه بر راستايي كه پرتو و موج حركت مي كنند عمود است اندركنش كند . براي ممكن ساختن اين عمل يك ميدان مغناطيسي dc به سيستم داده مي شود . كه باعث مي شود الكترونها در مسيرهاي مارپيچي جريان پيدا كنند .

فركانس حركت دوراني الكترون با ميدان مغناطيسي متناسب است و يك وابستگي نسبي به سرعت الكترون دارد . در نتيجه اگر فركانس سيكلوترون الكترون به فركانس مد حفره رزونانسي نزديك باشد .

دسته شدن عمودي پرتو رخ مي دهد . با دسته شدن پرتو مقدار قابل توجهي انرژي از پرتو الكتروني به مد تحريك شده منتقل مي شود .

گايروترونها به صورت اسيلاتورها به كار برده مي شوند اگر چه از گايروترونها در تركيب با كلايسترون و مدار TWT استفاده شده كه تقويت كننده هاي گايروكلاسيترون و گايرو TWT بوجود آمده است .

كاربردهايي كه نياز به فركانسهاي بالا و سطوح قدرت بالا دارند ممكن است از قابليتهاي گايروترون سود ببرند .

1-3- پيشرفت هاي اخير در تقويت كننده هاي گايروكلايسترون موج ميليمتري در NRLتقويت كننده هايي كه بر اساس رزونانس سيكلوتروني الكتروني يا اندركنش گايروتروني كار مي كنند قادر هستند كه پيك قدرت بالا و قدرت متوسط بالا در باند موج ميليمتري توليد كنند . اين وسايل براي انواع كاربردها در رادارهاي موج ميليمتري و به عنوان

درايور شتاب دهنده هاي RF فركانس بالا مورد توجه هستند . در فركانس GHZ 35 يك وسيله دو حفره اي تا پيك قدرت KW 210 را با راندمان %37 و پهناي باند %6/0 توليد مي كند . در فركانس GHZ 93 گايرو كلايسترونهاي چهار حفره اي قدرت KW 67 را با پهناي باد MHZ 460 قدرت KW 60 را با پهناي باند MHZمي كند . 640 توليد

2-3- WARLOC رادار جديد پر قدرت GHZ 94

اين رادار به عنوان يك رادار قابل حمل و نقل يعني سيستمي كه روي دريا ، يا روي زمين قابل كاربرد است مي باشد . اين رادار با استفاده از يك گايروكلايسترون پر قدرت ، خط انتقال شبه نوري و اجزاء دوپلكسر ، يك آنتن Cassegrain ، گيرنده و پردازشگر سيگنال ساخته شده است .

در مقايسه با سيستمهايي كه در فركانسهاي مادون قرمز يا مرئي كار مي كنند رادار مرئي كار مي كنند رادار موج ميليمتري داراي فايده ارزشمند براي عمل در هواي ابري ، مهي ، و دودي مي باشد .

پارامترهاي مهم رادار WARLOC

فركانس GHZ 95-93 باند W

پهناي باند MHZ 600

پيك قدرت KW 80

قدرت متوسط KW 10

 

نظرات 0
برای ارسال دیدگاه وارد حساب کاربری خود شوید.

ورود به حساب کاربری ایجاد حساب کاربری
حمید نظری
لامپ با پرتو خطي (O-Type)
زیگماوب