Traveling Wave Tube-SalTrans

download Traveling Wave Tube-SalTrans

of 13

Transcript of Traveling Wave Tube-SalTrans

  • 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