«فهرست مطالب»

صفحه		عنوان
		چكيده
1		فصل اول: لامپ‌هاي با ميدان متقاطع مايكروويوي (Cross field)
2		مقدمه
3		1- اسيلاتورهاي مگنترون
4		1-1- مگنترون‌هاي استوانه‌اي
6		2-1- مگنترون كواكسيالي
8		3-1- مگنترون با قابليت تنظيم ولتاژ
10		4-1- مگنترون كواكسيالي معكوس
11		5-1- مگنترون كواكسيالي Frequency - Agile
13		6-1- VANE AND STARP
15		7-1- Ruising Sun
16		8-1- injection- Locked
16		9-1- مگنترون Beacom
17		2- CFA(Cross Field Ampilifier)
20		1-2- اصول عملكرد
25		فصل دوم: لامپ‌هاي با پرتو خطي (O- Type)
26		مقدمه
26		1- كلايسترون‌ها
28		1-1- تقويت‌كننده كلايسترون چند حفره‌اي (Multi Cavity)
29		2-1- كلايسترون‌هاي چندپرتوي (MBK)
29		1-2-1- كلايسترون چند پرتوي گيگاواتي (GMBK)
	30		2- لامپ موج رونده (TWT)
	31		1-2- تاريخچة TWT
	33		2-2- اجزاي يك TWT
	35		3-2- اساس عملكرد TWT
	37		4-2- كنترل پرتو
	38		5-2- تغيير در ساختار موج آهسته
	39		6-2- لامپ‌هاي TWTCouped Cavity
	40		1-6-2- توصيف فيزيكي
	41		2-6-2- اصول كار TWTCouped Cavity
	43		3-6-2- توليد TWTCouped Cavity هاي جديد
	47		7-2- لامپ‌هاي Helix TWT
	56		8-2- TWT هاي پرقدرت
	60		3- گايروترون‌هاي پالس طولاني و CW
	61		1-3- پيشرفت‌هاي اخير در تقويت‌كننده‌هاي گايروكلاسترون موج ميليمتري در NRL
	62		2-3- WARLOC رادار جديد پرقدرت ghz 94

 

 

 

 

 

 

 

 

 

چكيـده:

 

اين سمينار در مورد بررسي لامپ‌هاي پرقدرت مورد استفاده در رادار از نظر پهناي باند، قدرت، بهره ، راندمان و غيره مي‌باشد.

 

در فصل اول با مطالعه روي لامپ‌هاي با ميدان متقاطع (M- Type) و توصيف انواع آن پيشرفت‌هاي اخير در اين زمينه را ارئه نموده است.

 

در فصل دوم به بررسي لامپ‌هاي با پرتو خطي (O-Type) و انواع مختلف آن و بررسي عمكرد تك‌تك آنها و آخرين تكنولوژي روز جهان پرداخته شده است.

 

 

فصل اول

لامپ‌هاي با ميدان متقاطع
(Cross - Field) مايكروويوي (M-Type)

 

 

مقدمه

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[1]

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

دياگرام شماتيكي اسيلاتور مگنترون استوانه‌اي در شكل زير نشان داده مي‌شود. اين نوع مگنترون، مگنترون قراردادي[2] نيز ناميده مي‌شود.

 

 

 

 

 

 

 

در مگنترون استوانه‌اي چندين حفره به شكاف‌ها متصل شده‌اند و ولتاژ dcV0 بين كاتد و آند اعمال مي‌شود. چگالي شار مغناطيسي B0 در 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[3]

مگنترون كواكسيالي از تركيب يك ساختار رزوناتوري آند كه توسط يك حفره با Q بالا كه در مورد TE011 كار 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 مود ميدان‌هاي 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 مورد مطلوب تثبيت مي‌كند. در مورد TE011 مطلوب ميدان‌هاي الكتريكي مسيري دايروي را در داخل حفره طي مي‌كنند و در ديواره‌هاي حفره به صفر كاهش مي‌يابند. جريان در مورد TE011 در 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 ولتاژ[4]

مگنترون با قابليت تنظيم ولتاژ يك اسيلاتور باند وسيع با فركانس متغير با تغيير ولتاژ اعمال شده بين آندوسل[5] است. همانطور كه در شكل زير نشان داده مي‌شود پرتو الكتريكي از يك كاتد استوانه‌اي كوتاه از يك انتهاي دستگاه ساطع مي‌شود.

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[6] ساخت شركت TMD

Duty Cycle Max	Tuning Range MHZ	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

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 مي‌دهد. شكل زير دياگرام شماتيكي مگنترون كواكسيالي را نشان مي‌دهد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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] Split - Anode

[2] Conventional

[3] Coaxial Magnetron

[4] Volltage - Tunable Magnetron

[5] Sole

[6] Tunable Magnetron

[7] FIXD FREWUENCY Magnerton

[8] Scintillation