www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Radar Temelleri

Çapraz Alan Yükselteci (Amplitron)

Katot
Dalga
kılavuzu
girişi
Dalga
kılavuzu
çıkışı
Tekli sayıda kovuklu
çınlayıcılardan oluşan anot
Zayıflatıcı
malzeme

Resim 2: Bir Çapraz Alan Yükseltecinde seçilmiş elektronların dairesel yörüngeleri

Katot
Dalga
kılavuzu
girişi
Dalga
kılavuzu
çıkışı
Tekli sayıda kovuklu
çınlayıcılardan oluşan anot
Zayıflatıcı
malzeme

Resim 2: Bir Çapraz Alan Yükseltecinde seçilmiş elektronların dairesel yörüngeleri

Çapraz Alan Yükselteci (Amplitron)

Resim 1: Taşıma kasası içine konulmuş bir su soğutmalı amplitron, L–4756A

Resim 1: Taşıma kasası içinde bulunan bir su soğutmalı amplitron L–4756A

Çapraz Alan Yükseltecinin (amplitron) yapısı magnetrona benzer, ancak amplitron kendiliğinden salınan bir osilatör değil, daha ziyade nispeten daha geniş bantlı bir yükselteçtir. Amplitron için teknik yazında değişik görev amaçlarına yönelik olarak farklı nitelemeler kullanılmaktadır.

Stabilotron, oldukça kararlı kovuklu çınlayıcı üzerinden harici geri beslemeli (bağlaşımlı), bir Çapraz Alan Yükseltecinden meydana gelen bir salınım devresidir.

Çapraz Alan Yükseltecinin yapısı

Çapraz Alan Yükselteci (sıkça amplitron olarakta anılır) magnetron gibi, elektron akışının bir geciktirme hattı boyunca akan elektromanyetik dalga ile etkileşime girdiği Hız Modülasyon Tüpleri grubunda yer alır. Amplitron, magnetron gibi; katottan, gecikme sistemli eş merkezli olarak yerleştirilmiş anot bloklarından, bir dizi kovuk çınlayıcıdan (resonance cavity) ve bir mıknatıs sisteminden meydana gelir. Çapraz Alan Yükselteci çok verimli bir yükselteç tüpüdür, çok yüksek güçler için tasarlanmıştır. Çapraz Alan Yükselteci, magnetronun aksine, kendiliğinden salınan bir osilatör değildir, daha ziyade nispeten geniş bantlı bir yükselteçtir. Magnetron ile Çapraz Alan Yükselteci arasındaki temel fark, Çapraz Alan Yükselteçlerinde yalnızca tek çıkışa sahip bir kapalı gecikme sisteminin olmayışıdır. Amplitronun gecikme sisteminde hem bir giriş hem de bir çıkış vardır. Çapraz Alan Yükseltecinde gecikme sistemi yoktur ve gecikme sistemi kesintilidir ve anodunda mutlaka tekli sayılı çınlayıcının bulunması gerekir.

Elektronlar
daha da
ivmeleniyor
Elektronlar
daha negatif
bir gerilim
ile
frenleniyorlar

Resim 3: Giriş işaretli ilk çınlayıcı da salınımları başlatıyor

Elektronlar
daha da
ivmeleniyor
Elektronlar
daha negatif
bir gerilim
ile
frenleniyorlar

Resim 3: Giriş işareti ilk çınlayıcıyı salınıma başlatıyor

Çapraz Alan Yükseltecinin çalışması

Kuvvetli negatif yüklü oksit katot (genellikle şase gerilimine bağlı) ve anottaki çınlayıcı elemanların iç yüzeyleri arasında oluşan kuvvetli bir elektrik alanı katottan salınan elektronları anoda doğru ivmelendirir. Bu elektrik alanına dik yönde (çapraz nitelemesi de buradan geliyor) bulunan bir kuvvetli sabit mıknatısın ya da elektromıknatısın manyetik alanı oluşur ve bu alan, bir giriş salınımının bulunmadığı durumda, Resim. 2 de görüldüğü gibi, elektronların eş biçimli dairesel yörüngelerle anoda doğru yol almasını sağlar. (Ancak, tam anot geriliminde hiç bir giriş işareti yoksa bu durumdan kaçınılmalıdır. Aksi takdirde tüp çok kuvvetli gürültü üretir.)

Giriş dalga kılavuzundan ilk kovuklu çınlayıcıya şimdi bir yüksek frekanslı salınım uygulanırsa (Resim. 3 e bakınız), bu kovuklu çınlayıcının kendi ayırma duvarlarında anot doğru gerilimiyle girişimi sonucu bir ilave elektrik alanı meydana gelir. Yüksek frekans öyle yüksektir ki, çok yavaş elektronlar bile bir salınım periyodunda anoda ulaşabilirler. Ayırma duvarlarında oluşan ilave pozitif gerilim bazı elektronları daha da ivmelendirir ve daha negatif zıt gerilim ise diğer elektronları bir miktar frenler. Daha hızlı elektronlar daha yavaş elektronları yakalayarak anot ve katot arasındaki hacimde bir Uzay-Yük- Çarkı (elektron paketi) biçiminde kümeleştirirler. Katot ile anot arasında yer alan (yüksek frekanslı gerilim ile girişmiş) elektrik alanının ve bu alana dik yöndeki manyetik alanın etkisi altında elektronlar merkezden dışa doğru hareket ederler. Katot ile anot arasındaki elektrik alanının (yüksek frekanslı gerilim ile girişmiş) ve bu alana dik yöndeki manyetik alanın etkisi altında elektronlar merkezden dışa doğru hareket ederken, bir yandan da çember çizerler. Bu hareket biçimine episikloit (epicycloidal) denir. Bu elektron kümelerinin kovuklu çınlayıcıların yanından geçtiği sıradaki hızı, giriş salınımının bir çınlayıcıdan diğer çınlayıcıya geçişi sırasındaki yayılma hızından biraz daha yüksektir. Sonuç olarak bu paketler tümüyle frenlenir ve enerjilerini çınlayıcı sistemindeki salınımına bırakırlar. Bu şekilde salınımların yükseltilmesi sağlanmış olur.

Resim 4: Bir kovuklu çınlayıcı ile „uzay-yük-çarkı“ arasındaki karşılıklı etkileşim

Resim 4: Bir kovuklu çınlayıcı ile „uzay-yük-çarkı“ arasındaki karşılıklı etkileşim

Resim 5: Çapraz Alan Yükseltecinin anot ve katot arasında kalan boşlukta, kesintiye uğramış „uzay-yük-çarkı“ biçimindeki görüntü

Resim 5: Çapraz Alan Yükseltecinin anot ve katot arasında kalan boşlukta, kesintiye uğramış „uzay-yük-çarkı“ biçimindeki görüntü

Magnetronda olduğu gibi, bir bisiklet tekerinin jant tellerinin dönerken yarattığı görüntüye benzer, ancak tam bir dairenin oluşmadığı, bir görüntüye sahip, bu „Uzay-Yük-Çarkı“ (“Space Charge Wheel“) ortaya çıkar (Resim 4). Elektronlar son oyuklu çınlayıcıya varmadan az önce anoda ulaşırlar ve enerjilerini yüksek frekanslı salınıma bırakırlar. Burada tüpteki anot akımı, doğru akım olarak ölçülebilir. Çınlayıcıların tekli sayıda olması nedeniyle, enerjinin bağlaşmayan kısmı şimdi girişte bir zıt bağlaşmaya (coupling) neden olur. Bu olumsuzluğu önlemek için, tüpün girişi ve çıkışı arasındaki bireysel çınlayıcı (5 nolu resimde tam alttaki) söndürücü bir malzeme olan grafitle doldurulur.

Çapraz Alan Yükseltecinin bant genişliği kovuklu çınlayıcılarının tasarımına bağlıdır ve merkez frekansının yaklaşık ±% 5 i civarındadır. Çıkıştaki darbe gücü birkaç megavata, ortalama güç ise birkaç on-kilovata ulaşabilir. İstenmeyen çalışma modlarını önlemek için, istenen mod, magnetronda da olduğu gibi, giriş ve çıkışı doğrudan kısa devre etmemeleri için kesintili bir yapıya sahip kısa devre halkaları uygulanarak sağlanır.

Çapraz Alan Yükselteçlerinin kullanıldığı yerler

Bant genişliği, yüksek verimliliği ve çok yüksek güç yükseltme yeteneği gibi özellikleri nedeniyle Çapraz Alan Yükselteci hem radarlarda, hem de iletişim teknolojisinde yaygın bir kullanım alanı bulmuştur. Bu aygıt özellikle göndericilerin çıkış katında yükseltici olarak görev yapar. Bunlar birbiri ardına dizilmiş tüpler halinde bulunabilirler. Gönderim işaretinin biçiminde bir bozulma olmaması için bant genişliği sınırları içinde yükseltecin çok yüksek seviyede bir doğrusallıkla çalışması gerekir. Çapraz Alan Yükselteçlerinin en büyük kazanç katsayıları 3 ila 20 dB gibi nispeten düşük değerlerdir. Tipik olarak, Yürüyen Dalga Tüpleri kazanç katsayılarının yüksek olması nedeniyle özellikle ön yükselteç olarak kullanılırlar. Çapraz Alan Yükseltecinin bir üstünlüğü de, anot gerilimin olmaması durumunda giriş işaretini çok az bir kayıpla çıkışa aktarabilmesidir. Bu özelliği nedeniyle, Çapraz Alan Yükselteci, özel dolambaçlı hatlar kullanmaya gerek kalmadan, hem yedeklemeli çözümler oluşturmak hem de göreve-özel en büyük gücü düşürmek için de kullanılır.

Bununla beraber, günümüzde yarıiletken göndericiler bir Çapraz Alan Yükseltecinin anma darbe gücü olmasa da, ortalama gücüne pekâlâ ulaşabilmektedir. Artık daha modern, çok-işlevli radar aygıtlarında aktif antenlerin yer almaya başlaması ve sayısal demet biçimlendirme tekniklerinin kullanılması nedeniyle Çapraz Alan Yükselteçlerinin kullanımı gittikçe azalmaktadır.
 

Not: Raytheon firmasından William C. Brown buluşunu „Amplitron“ adlandırmaktadır. Bu ad Raytheon firmasının Çapraz Alan Yükselteç serisi için kullandığı özgün bir ticari markadır.