بررسی لامپ‌های پرقدرت مورد استفاده در رادار از نظر پهنای باند، قدرت، بهره ، راندمان - 66 صفحه فایل ورد word

مقدمه:

در یک لامپ با پرتو خطی یک میدان مغناطیسی که محور ان بر محور پرتو الکترونی منطبق است برای اینکه پرتو را هنگامیکه طول لامپ را می پیماید به هم پیوسته حفظ کند به کاربرده می شود. در این لامپ ها الکترون ها قبل از اینکه ناحیه اندر کنش مایکروویوی برسند انرژی پتانسیل را از پرتو ولتاژ DC دریافت می کنند و این انرژی به انرژی جنبشی تبدیل می شود. در ناحیه اندر کنش مایکروویوی الکترون ها توسط میدان مایکرووی یا شتاب می گیرند یا حرکتشان کند می شود و سپس در حالیکه به انتهای لامپ رانده می شوند یک دسته می شوند. الکترون‏های دسته شده به ترتیب جریانی را در ساختار خروجی القا می کنند. الکترون ها سپس انرژی جنبشی خود را به میدان‏های مایکروویوی می دهند و توسط کلکتور جمع می شوند. لامپهای با پرتو خطی برای تقویت کنندگی مناسب هستند. در حال حاضر تقویت کننده‏های کلایسترون و TWT می توانند پیک قدرت خروجی تا 30MW را در فرکانس 10GHZ و ولتاژ 100KV فراهم کنند. قدرت خروجی متوسط تا 700KW می رسد. بهمراه این لامپ ها از 30 تا 70 متغیر است و راندمان آن از 15 تا 60 در صورت پهنای باند کلایسترون 1 تا 8 درصد و در مورد TWT از 10 تا 15 درصد می باشد.

1-کلایسترون‏ها:

کلایسترونها لامپهای با پرتو خطی هستند با چندین حفره رزوناس که باتیوپهای drrift نازک از هم جدا شده اند. قطر این تیوبها بسیار کمتر از یک طول موج است بنابراین هیچ کوپلینگ بین حفره‏ای وجود ندارد. حفره ورودی به سیگنالی که تقویت می شود متصل می شود و حفره خروجی به بار متصل است.

کلایسترونها لامپهای بینهایت محکمی هستند. برخی مدلها قدرت متوسط بزرگ و موج پیوسته با راندمان خیلی بالا تولید می کنند. به عنوان مثال در موج پیوسته قدرت 1300KW در فرکانس 350MHZ و قدرت 600KW در فرکانس 3.7GHZ انواع دیگر کلایسترونها پیک قدرت بسیاری بالایی دارند. 45MW برای  4/5 یا MW150 برای  1 بهره عموماً حدود 45 تا dB50 است.

پرتو الکترونی توسط میدان الکترو مغناطیسی متمرکز می شود. کلکتورها در دو مرحله موثر سرد می شوند(مایع بخار) یک پمپ یونی بهترین خلا نیاز برای عمر طولانی لامپ را فراهم کند. این کلایسترونها در شمار زیادی از وسایل غیر نظامی و نظامی به کار برده می شود. چون این لامپها قادرند پهنای باند بزرگی که در برخی موارد بزرگتر از 10 درصد است ارائه دهند.

کلایسترون دو حفره ای (Two-Cavity) تقویت کننده مایکروویوی است که به طور وسیعی به کاربرده می شود و بر اساس اصول مدولاسیون سرعت و جریان کار می‌کند. همه الکترونهایی که از کاتد وارد شده اند با سرعت یکنواخت به اولین حفره می رسند. الکترون هایی که از اولین شکاف حفره در ولتاژ شکاف صفر (یا ولتاژ سیگنال صفر) عبور می کنند از حفره بدون تغییر سرعت عبور می کنند. الکترون هایی که در نیم سیکل مثبت ولتاژ شکاف عبور می کنند دستخوش افزایش سرعت می شوند. الکترونهایی که در نیم سیکل های منفی ولتاژ شکاف عبور می کنند به کاهش سرعت تن در میدهند در نتیجه این رفتارها، الکترونها به تدریج در حالیکه به طرف انتهای فضای drift حرکت می کنند دسته می شوند تغییر سرعت الکترون درفضای drift مدولاسیون سرعت نامیده می شود. چگالی الکترون ها در حفره دوم به طور متناوب با زمان تغییر می‌کند.

پرتو الکترونی شامل یا جزء ac می شود و این طور نامیده می شود که مدولاسیون جریان صورت گرفته است.

حداکثر دسته شدن باید در طی کند کردن فاز آن تقریباً در نیمه راه بین شبکه های حفره دوم صورت گیرد بنابراین انرژی جنبشی از الکترون ها به میدان حفره دوم انتقال می‏یابد.

سپس الکترون ها به سرعت کاهش یافته از حفره دوم خارج می شوند و سرانجام در کلکتور جذب می شوند مشخصات تقویت کننده کلایسترون دو حفره ای به شرح زیر است.

1-راندمان حدود 40 درصد 2-قدرت خروجی: در فرکانس 10GHZ قدرت متوسط (موج پیوسته CW) تا 500KW و برای قدرت موج پالسی تا 30MW می رسد)

1-1- تقویت کننده کلایسترون چند حفره ای (Multi Carity)

بهره قدرت تقویت کننده کلایسترون دو حفره ای حدود C.dB است برای بدست آوردن بمهره بالاتر یک راه این است که چندین لامپ دو حفره ای را به صورت Cascade به هم متصل کنیم و خروجی هر کدام از لامپ ها را به ورودی لامپ بعدی وصل کنیم. در کلایسرون چند حفره ای هر کدام از حفره‏های میانی به فاصله پارامتر دسته بندی X ، 84/1 دورتر از حفره قبلی قرار گرفته است که به عنوان دسته کننده عمل می‌کند و به پرتو الکترونی عبوری ولتاژ RF بیشتری نسبت به حفره قبلی القا می‌کند که به نوبت مدولاسیون سرعت را افزایش می دهند.