Upload
uut-megure
View
228
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
8/6/2019 Traveling Wave Tube-SalTrans
1/13
Utlia Rahmah
2 D3 Telkom B
7209030055
Traveling Wave Tube
Pendahuluan
Dalam beberapa tahun terakhir, beberapa (radio) amatir telah
mempekerjakan travelling wave tube (TWTS), bahasa sehari-hari dikenal
sebagai 'twits' sebagai, seperti microwave power amplifier. Daya tarik utama
dari perangkat ini adalah keuntungan mereka sangat tinggi (30-60 dB),
karakteristik linear dan bandwidth 1-2 oktaf. Sejarah TWT berjalan kembali
ke perang dunia kedua, ketika penelitian ke dalam perangkat radar dan teknik
berada pada tingkat yang sangat intens. TWT ini diciptakan dalam Nuffield
Laboratorium Jurusan Fisika, Universitas Birmingham (juga tempat kelahiran
dari magnetron rongga) oleh Rudolf Kompfner. Dia mencari alternatif yang
kinerja noise abetter dari klystron, dan di kertas 1946 ia menjelaskanalasannya. 'Salah satu alasan utama kurangnya kepekaan klystron sebagai
penguat adalah pertukaran energi tak terhindarkan antara berkas elektron dan
medan listrik dalam rhumbatrons (resonator) ... Oleh karena itu sangat
mengundang berpikir untuk menggunakan sinyal dalam bentuk medan listrik
berjalan (bukan satu stasioner) dan memanfaatkan pertukaran energi antara
bidang perjalanan dan elektron yang melaju sekitar kecepatan yang sama. "
Pada bulan Desember 1943 tabung pertama memberi lagi dari sekitar 8 dB
pada panjang gelombang 9.1 cm, dengan noise figure 13 dB. Pekerjaan itu
kemudian dipindahkan ke Laboratorium Clarendon, Oxford. Banyak analisis
matematis operasi TWT dikembangkan oleh John R. Pierce, dari Bell Labs[1], dan pada tahun 1947 Kompfner bergabung Pierce untuk melanjutkan
penelitian TWT. Saat ini, TWTS yang jauh yang paling banyak digunakan
tabung microwave, dan bekerja secara ekstensif dalam sistem komunikasi dan
radar. Dimana lebih cocok digunakan untuk aplikasi udara, di mana ukurannya
yang kecil dan berat rendah berharga. Sistem komunikasi satelit adalah
aplikasi lain yang sangat penting, dikarenakan dengan alasan yang sama.
Cara Kerja
Dalam TWT, memiliki aplikasi dalam kedua sistem penerima danpemancar. Serta mempunyai beberapa bentuk dan ukuran. Pada TWT ini
mempunyai tiga bagian dalam satu wave tubes yaitu tiga tabung dasar-bagian,
tabung gunung (yang termasuk sinar fokus magnet) dan catu daya.
Ketika digunakan sebagai penerima RF amplifier mereka ditandai dengan
gain yang tinggi, rendah noise figure dan bandwidth yang lebar, dan dikenal
sebagai low noise amplifier (LNAS). Ini biasanya datang dengan tabung,
mount dan catu daya dalam satu unit integral, tanpa penyesuaian eksternal
untuk membuat-hanya Soket input, output socket dan koneksi pasokan listrik.
Sebuah LNA khas memiliki bandwidth oktaf (misalnya 2-4 GHz), 30 dB gain,
1
8/6/2019 Traveling Wave Tube-SalTrans
2/13
Utlia Rahmah
2 D3 Telkom B
7209030055
8 dB noise figure, dan output daya jenuh sebesar 10 mW, dalam volume 2
oleh 2 oleh 10 masuk
Transmitter TWTAs secara alami agak bulkier, dan sering memiliki
persediaan powror sebagai unit terpisah. Sedang-power tabung memilikioutput hingga sekitar 10 W, sedangkan daya tinggi tabung memberikan
beberapa ratus watt. tabung tersebut memiliki keuntungan dari urutan 30 atau
40 dB, dan bandwidth hingga satu oktaf.
Fitur dari TWT khas ditunjukkan dalam diagram atas. Berkas elektron
disediakan oleh senapan elektron yang sangat mirip dengan yang digunakan
dalam CRT, meskipun berkas saat ini jauh lebih besar. Elektron dari katoda
dipanaskan dipercepat menuju anoda, yang diadakan pada potensial positif
yang tinggi sehubungan dengan katoda, dan proporsi yang melewati lubang di
anoda untuk menghasilkan balok. Beberapa tabung memiliki grid antara
katoda dan anoda, pada beberapa puluhan volt (adjustable) negatif terhadapkatoda, fungsi yang adalah untuk mengendalikan balok saat ini. Berkas
elektron bergerak ke bawah tabung, di dalam helix, ke kolektor, yang
dipertahankan pada tegangan tinggi disebut katoda. Helix ini juga diadakan di
potensi tinggi, tetapi helix saat ini rendah karena fokus balok.
The focussing of the electron beam by the magnetic field
Sebagaimana ditunjukkan di atas, dengan fokus ini dicapai oleh magnet
(baik elektromagnet atau magnet permanen solenoida) putaran bagian luar
tabung. Sebuah eletron dengan komponen kecepatan tegak lurus ke garis
medan magnet mengalami gaya pemulih cenderung untuk membawa kembali
arah sejajar dengan garis lapangan.
Untuk mencapai fokus yang baik dengan metode ini memerlukan medan
magnet yang sangat besar, yang dapat berarti magnet, besar berat. Namun,
pengaturan biasanya digunakan disebut periodik magnet permanen (PPM)
fokus, di mana sejumlah magnet permanen toroidal polaritas bolak diatur
sepanjang tabung, seperti yang ditunjukkan di bawah ini, angka ini juga
menunjukkan kontur balok.
2
8/6/2019 Traveling Wave Tube-SalTrans
3/13
Utlia Rahmah
2 D3 Telkom B
7209030055
Periodic permanent magnet focussing Periodik permanen magnet fokus
Pengaturan ini sangat mengurangi berat badan yang diperlukan magnet (di bawah
kondisi ideal dengan faktor 1 / N * 2; dimana N merupakan jumlah magnet
digunakan). Metode alternatif, dengan fokus solenoida, umumnya hanya
digunakan di stasiun TWTS daya tinggi bumi, di mana ukuran dan berat tidak
penting.
Input ke, dan output dari, helix adalah melalui konektor coaxial, atau kadang-
kadang melalui Waveguide. Dalam prakteknya, tidak mungkin untuk memberikan
sebuah pertandingan yang sempurna di transisi ini, terutama dalam bandwidth
yang lebar, sehingga attenuator adalah digunakan untuk mencegah energi
dipantulkan kembali ke bawah menyebabkan ketidakstabilan heliks. Ini biasanya
mengambil bentuk lapisan resistif di bagian luar bagian tengah tabung, meskipun
diskontinuitas fisik di helix juga digunakan dalam beberapa kasus. attenuator itu
mengurangi sinyal RF input, serta sinyal tercermin, menjadi hampir nol, tetapi
elektron tandan yang didirikan oleh sinyal tidak akan terpengaruh. Helix itu
sendiri adalah struktur yang cukup halus, dan harus diberikan dengan disipasi
panas yang cukup untuk mencegah kerusakan. Dalam tabung menengahkekuasaan, helix sering didukung pada substrat beryllia atau alumina, tetapi untuk
TWTS daya tinggi, alternatif struktur gelombang lambat bekerja (misalnya gigi
berlubang ditambah), meskipun biasanya dengan mengorbankan bandwidth. In
this form, the TWT resembles a klystron amplifier. Dalam bentuk ini, TWT
menyerupai amplifier klystron.
Prinsip penting dari pengoperasian TWT terletak dalam interaksi antara berkas
elektron dan sinyal RF. Kecepatan, v, sehingga dapat dirumuskan sebagai berikut:
Sinyal biasanya perjalanan di c, kecepatan cahaya (3x10 8 ms * *- 1), yang jauh
lebih cepat daripada balok 'wajar' elektron (efek relativistik berarti bahwa massa
elektron sebenarnya meningkatkan sebagai pendekatan kecepatan c, sehingga
bahwa mencapai kecepatan elektron mendekati c adalah sebuah bisnis yang
3
8/6/2019 Traveling Wave Tube-SalTrans
4/13
Utlia Rahmah
2 D3 Telkom B
7209030055
rumit), Namun, jika sinyal dapat diperlambat dengan kecepatan yang sama dengan
berkas elektron, adalah mungkin untuk memperoleh amplifikasi sinyal
berdasarkan interaksinya dengan balok. Hal ini biasanya dicapai dengan
menggunakan elektroda helix, yang hanya merupakan spiral kawat di sekitar sinar
elektron,
The geometery of the helix
Tanpa helix, sinyal akan menempuh perjalanan pada kecepatan yang c. Dengan
helix tersebut, sinyal kecepatan aksial adalah sekitar cx (p / 2a) di mana p,
ditampilkan di atas, sehingga sinyal diperlambat oleh p/2a faktor. Sinyal
perjalanan sepanjang helix dikenal sebagai gelombang lambat, dan helix ini
disebut sebagai struktur gelombang lambat, Kondisi gelombang yang sama
lambat-dan kecepatan elektron-beam Oleh karena itu, kira-kira
Interaksi antara balok dan gelombang lambat mengambil bentuk 'modulasi
kecepatan' balok (yaitu beberapa elektron dipercepat dan beberapa terbelakang)
tandan elektron membentuk dalam balok Arus balok karena itu menjadi
dimodulasi oleh sinyal RF, dan tandan bereaksi dengan medan RF yang terkaitdengan gelombang lambat merambat di helix, sehingga menghasilkan transfer
bersih energi dari sinar itu untuk sinyal, dan konsekuen amplifikasi. Karena tidak
ada struktur resonansi yang terlibat dalam interaksi ini, amplifikasi diperoleh
melalui bandwidth yang lebar. Bahkan faktor utama yang membatasi bandwidth
adalah pengaturan input output / kopling.
It should also be mentioned that it is possible to construct an oscillator, utilizing
the so-called backward wave, whose energy travels in the reverse direction to the
electron beam. Hal ini juga harus disebutkan bahwa adalah mungkin untuk
membangun sebuah osilator, memanfaatkan apa yang disebut belakang
gelombang, yang energi perjalanan di arah sebaliknya dari berkas elektron. These
4
8/6/2019 Traveling Wave Tube-SalTrans
5/13
Utlia Rahmah
2 D3 Telkom B
7209030055
tubes are known as backward wave oscillators (BWOs) and have the advantage of
a very wide tunable range (an octave or more). Tabung tersebut dikenal sebagai
terbelakang gelombang osilator (BWOs) dan memiliki keuntungan dari berbagai
merdu yang sangat luas (satu oktaf atau lebih). They have been used extensively
in swept frequency sources (sweepers), but are rapidly being displaced by Gunndiodes and, more recently, transistor sources. Mereka telah digunakan secara
ekstensif dalam sumber-sumber frekuensi menyapu (penyapu), tetapi dengan
cepat yang tergusur oleh dioda Gunn dan, baru-baru ini, sumber-sumber
transistor.
Operation Operasi
Power supply arrangements for a typical travelling wave tube
The power supply arrangements for a typical TWT are shown in above.
Pengaturan power supply untuk TWT khas ditunjukkan di atas. The voltages and
currents given are for a 10 W output tube, but the alignment details apply to
almost all tubes. Tegangan dan arus yang diberikan adalah untuk tabung output 10
W, tetapi rincian alignment berlaku untuk hampir semua tabung. Namun, data
produsen 'tentang tegangan elektroda dan kondisi tabung operasi harus selalu
disebut sebelum menjalankan suatu tabung tertentu.
Hal ini sangat penting bahwa beban cocok cocok dihubungkan ke output dari
penguat, sebagai kekuatan yang tercermin dari tidak cocok di output didisipasikan
5
8/6/2019 Traveling Wave Tube-SalTrans
6/13
Utlia Rahmah
2 D3 Telkom B
7209030055
di helix dan dapat membakar itu. Untuk alasan yang sama antena harus benar
cocok.
Arus balok dikontrol oleh tegangan grid-katoda. Dalam TWTS modern, fokus
balok preset dan ada penyesuaian diperlukan, tetapi jika fokus yang disesuaikantabung harus dijalankan pada awalnya pada balok rendah (kolektor) saat ini, dan
balok yang fokus magnet disesuaikan dengan helix minimum. Tegangan helix
juga harus ditetapkan untuk helix minimum.
Dengan tabung berjalan pada kolektor tertentu yang sekarang, RF drive dapat
diterapkan. Arus kolektor tidak akan berubah, tapi tegangan heliks harus
ditetapkan untuk output maksimum tidak melebihi konsisten dengan tegangan
tabung atau peringkat helix saat ini. Jika fokus yang disesuaikan ini harus dikaji
ulang untuk helix minimum, karena drive RF akan defocus balok sedikit. Sebagai
helix yang rapuh dan tidak akan menghilangkan lebih dari kekuatan tertentu tanpa
kerusakan, helix saat ini harus terukur, dan perjalanan saat ini didirikan untukmengurangi pasokan listrik ke tabung jika arus heliks menjadi berlebihan. EHT
pasokan untuk pipa harus juga merapikan, karena riak akan fase-memodulasi
output dan memberikan catatan kasar.
Jika kolektor menghilang lebih dari sekitar 100 W mungkin perlu untuk
menggunakan blower untuk mendinginkan akhir kolektor tabung. Efisiensi Khas
TWTA sekitar 10 persen, meskipun beberapa tubts modern mungkin mencapai 40
persen.
The transfer characteristic of a travelling wave tube amplifier
Karakteristik transfer dasarnya linier, yang memungkinkan tabung yang akan
digunakan untuk memperkuat SSB-salah satu kelebihan utama dalam konteks
6
8/6/2019 Traveling Wave Tube-SalTrans
7/13
Utlia Rahmah
2 D3 Telkom B
7209030055
amatir. Sebagai masukan yang meningkat, Namun, amplifier jenuh. Tidak ada
salahnya untuk pipa dalam operasi pada daya keluaran jenuh, kecuali amplifikasi
yang tidak lagi linear, walaupun jika daya yang cukup harmonik dihasilkan ini
dapat tercermin pada transisi output dan merusak heliks melalui overdissipation.
Output dari amplifier juga dapat amplitudo-dimodulasi oleh sinyal di grid, tapi
modulasi fase petugas cukup tinggi, metode ini biasanya tidak digunakan untuk
menghasilkan kedalaman modulasi besar, selain untuk mengoperasikan TWT di
berdenyut modus. Hal ini karena pada beberapa tegangan antara output
maksimum dan minimum, balok intersepsi oleh helix terjadi, yang menyebabkan
disipasi helix yang berlebihan kecuali jika transisi yang cepat. modulasi Tahap
diperoleh dengan memvariasikan tegangan heliks rentang kecil. Biasanya, 100V
plus atau minus dari 2 kV tegangan helix nominal akan memberikan pergeseran
fasa 2 rad, dengan 1-2 dB pengurangan dalam output, yang terjadi karena
keuntungan sangat sensitif terhadap tegangan katoda-helix.
Hal ini sangat berguna untuk menyertakan beberapa bentuk tetap memantau
kekuatan output dari amplifier. Hal ini mudah dapat mengambil bentuk directional
coupler dan detektor dioda.
A simple 10 GHz power monitor Sebuah 10 kekuatan sederhana GHz monitor
Di atas adalah versi sederhana GHz 10 meter detektor / kekuasaan, yang sangat
serbaguna. Dalam bentuk yang paling sederhana detektor menggunakan meter
tekan tepi kecil murah. yang dapat dikalibrasi kasar. Sebuah detektor yang lebih
7
8/6/2019 Traveling Wave Tube-SalTrans
8/13
Utlia Rahmah
2 D3 Telkom B
7209030055
akurat dapat dilakukan dengan mengganti meter dengan soket yang sesuai (BNC)
dan menghubungkan detektor di sebuah milliammeter multi-range yang cocok.
The form of the calibration chart for the power meter
Sekrup Matching, jika terpasang, disesuaikan untuk mencocokkan detektor dan
kemudian terkunci aman di posisi. Perhatikan bahwa kalibrasi ini adalah sangat
benar hanya pada satu frekuensi, dan agak tergantung pada resistansi meter.
Rentang dinamis meter ini daya dapat sangat diperpanjang menggunakan variabelattenuator dikalibrasi. or directional coupler. atau directional coupler]. Cocok
WG16 skrup directional dijelaskan di [2]. Hal yang paling penting bahwa setiap
orang merenungkan menghasilkan lebih dari beberapa miliwatt daya pada
frekuensi gelombang mikro harus memastikan mereka memahami potensi bahaya
radiasi. Power kepadatan terbesar di Waveguide terbuka atau sekitar hidangan
feed, dan perawatan utama diperlukan di wilayah ini. Detektor diode harus
digunakan untuk memeriksa sekitar flensa dan panjang Waveguide fleksibel, yang
keduanya dapat menjadi bocor tanpa menunjukkan tanda-tanda eksternal dari
kerusakan.
Untuk lebih jelasnya gambar stucture Travelling Wave Tubes yaitu sebagai
berikut :
8
8/6/2019 Traveling Wave Tube-SalTrans
9/13
Utlia Rahmah
2 D3 Telkom B
7209030055
Figure 1: Traveling Wave Tube Structure
Figure 2: Structure of the electron gun.
9
8/6/2019 Traveling Wave Tube-SalTrans
10/13
Utlia Rahmah
2 D3 Telkom B
7209030055
Figure 4: Particle Trajectories.
Figure 4: Particle Trajectories.
10
8/6/2019 Traveling Wave Tube-SalTrans
11/13
Utlia Rahmah
2 D3 Telkom B
7209030055
Figure 5: Periodic Permanent Magnet (PPM) structure (left) and resulting longitudinal
magnetostatic field along longitudinal axis (right)
Figure 6: Dispersion diagram for forward mode (red), backward mode (green) and third
mode (blue). The x-axis shows phase shift for one helix length. The y-axis is angular
frequency.
Figure 7: Spatially varying loss inside the helical circuit (varying color indicates varying
loss).
11
8/6/2019 Traveling Wave Tube-SalTrans
12/13
Utlia Rahmah
2 D3 Telkom B
7209030055
Figure 8: PIC simulation time signals: RF input (red), reflection (green), RF output (blue)
Berikut merupakan beberapa contoh gambar dari Taveling Wave Tube:
12
8/6/2019 Traveling Wave Tube-SalTrans
13/13
Utlia Rahmah
2 D3 Telkom B
7209030055
Kesimpulan
Traveling Wave Tube atau yang disebut dengan TWT, merupakan suatuperangkat yang digunakan untuk memperkuat frekuensi sinyal daya tingg serta
memperkuat energi gelombang radio. Dimana dalam TWT itu sendiri memiliki
sebuah dgelombang lambat. Gelombang lambat itu sendiri merupakan proses dari
interksi dari seberkas elektron dan sirkuit Radio Frekuensi (RF).Gelombang
lambat itu sendiri merupakan suatu kecepatan gelombang RF yang disebabkan
karena perjalanan untuk menuju sirkuit jauh lebih rendah dari pada ruang bebas.
Dalam TWT ini mempunyai gain yang tinggi, serta dapat memudahkan untuk
menjalankan frekuensi diatas 4 GHz.
Dalam TWT ini, memiliki bandwidth sebesar satu oktaf (Broadband maks),
walaupun disetel (narrowband) versi ada, dan frekuensi operasi berkisar dari 300MHz sampai 50 GHz. The voltage gain of the tube can be of the order of 70
decibels . Keuntungan tegangan tabung dapat dari urutan 70 desibel .
Referensi
Traveling Wave Tubes, JR Pierce. Traveling Wave Tabung, Pierce JR. Bell
Lab Series. Bell Lab Series. D. Van Nostrand (1950). D. Van
Nostrand (1950).
VHF/UHF Manual, 3rd edn, p8, 14. VHF / UHF Manual, 3rd edn, p8, 14.RSGB Publications. RSGB Publikasi.
Microwave Column, RadCom January, April 1979. Kolom microwave,
Januari RadCom, April 1979
13
http://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&langpair=en%7Cid&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Octave&rurl=translate.google.co.id&usg=ALkJrhhou42PSkdE7tJBOx-7C6HWL94uYghttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&langpair=en%7Cid&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Decibel&rurl=translate.google.co.id&usg=ALkJrhiv5n3qpj_ZIOTG3jr8h_qp7GkubQhttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&langpair=en%7Cid&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Decibel&rurl=translate.google.co.id&usg=ALkJrhiv5n3qpj_ZIOTG3jr8h_qp7GkubQhttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&langpair=en%7Cid&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Octave&rurl=translate.google.co.id&usg=ALkJrhhou42PSkdE7tJBOx-7C6HWL94uYghttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&langpair=en%7Cid&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Decibel&rurl=translate.google.co.id&usg=ALkJrhiv5n3qpj_ZIOTG3jr8h_qp7GkubQhttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&langpair=en%7Cid&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Decibel&rurl=translate.google.co.id&usg=ALkJrhiv5n3qpj_ZIOTG3jr8h_qp7GkubQ