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

« Magnetron » içeriği
  1. Magnetronun yapısı
  2. Magnetronun çalışma şekli
  3. Geçiş süreci
  4. Magnetron çalışma modları
  5. Magnetrondan enerjinin sağılması
  6. Magnetronda frekans ayarının yapılması
  7. Üst sınır frekansları
  8. Magnetronun tarihine bir bakış

Magnetron nedir?

Magnetron

Resim 1: P-37 “Bar Lock“ Rus radarının MI 29G (МИ 29Г) tipi magnetronu

Resim 1: P-37 “Bar Lock“ Rus radarının MI 29G (МИ 29Г) tipi magnetronu

Magnetron yüksek frekanslı salınımlar üreten ve genellikle radarlarda gerekli yüksek darbe gücünü elde etmekte kullanılan bir vakum tüptür. Bu süreç, anot ile katot arasındaki „etkileşim bölgesi“ (interaction space) denilen bir hacimde elektronların hız modülasyonu ile gerçekleşir. Bu bakımdan magnetronlar Hız Modülasyonlu Tüpler (velocity-modulated tubes) sınıfında yer alır. Magnetron, kendiliğinden uyartımlı bir osilatör gibidir, doğrusal ışınım yapan Yürüyen Dalga Tüpleri (Traveling Wave Tubes) ya da Klistrondan farklı çalışır. Magnetronun, nispeten basit yapısından kaynaklanan, genellikle yalnızca bir sabit frekansta çalışabilmesi gibi sakıncası vardır. Bu frekans 600 MHz ila 95 GHz[1] arasında seçilebilir. Magnetronda, birbirine dik (haç biçimli) bir elektrik ve kuvvetli bir manyetik alan meydana gelir. Bu nedenle eski yayınlarda magnetron „Çapraz Alan Üreteci“ veya „Çapraz Alan Osilatörü“ olarakta adlandırılmaktadır.

Magnetronun yapısı

Magnetron aslında bir diyottur, çünkü kumanda için herhangi bir ızgara kullanmaz. Anodu kütlesel bir bakır bloktan meydana gelmiştir. Anot bloğunun orta deliğinde iki ucu ısıtıcı flaman iletkenlerle taşınan ve beslenen, dolaylı ısıtılan, salım (emission) yeteneği çok yüksek bir silindirik oksit-katot yer alır. Anodun genellikle toprağa bağlanmış olması nedeniyle katot geriliminin çok yüksek bir negatif değerde olması gerekir. Bu, aynı zamanda ısıtıcının da bu negatif gerilimde olması anlamına gelir. Bu, bir doğrudan ısıtmadır, yani ısıtıcı besleme hatları katoda doğrudan bağlıdır. Besleme iletkenlerinin katodu ve ısıtıcıyı yerlerinde sağlamca tutacak kadar büyük olması gerekir. Katoda paralel yönde bir sabit mıknatısın meydana getirdiği bir kuvvetli manyetik alan bulunur.

Isıtma kabloları
Çınlayıcı
Katot
Etkileşim hacmi
Çınlayıcı
Anot bloğu
Sonda
Sağma hattı

Resim 2: Magnetronun kesiti

Isıtma kabloları
Çınlayıcı
Katot
Etkileşim hacmi
Çınlayıcı
Anot bloğu
Sonda
Sağma hattı

Resim 2: Magnetronun kesiti

Isıtma kabloları
Çınlayıcı
Katot
Etkileşim hacmi
Çınlayıcı
Anot bloğu
Sonda
Sağma hattı

Resim 2: Magnetronun kesiti

Resim 3: Anot bloğundaki bir çınlayıcı, bir paralel salınım devresi gibi çalışır: Karşılıklı iki anot duvarı arasındaki yarık kondansatördür, oluğun çevresinde dolanan yol ise endüktanstır (tek turlu bir bobin gibi).

Resim 3: Anot bloğundaki bir çınlayıcı, bir paralel salınım devresi gibi çalışır: Karşılıklı iki anot duvarı arasındaki yarık kondansatördür, oluğun çevresinde dolanan yol ise endüktanstır (tek turlu bir bobin gibi).

Resim 3: Anot bloğundaki bir çınlayıcı, bir paralel salınım devresi gibi çalışır: Karşılıklı iki anot duvarı arasındaki yarık kondansatördür, oluğun çevresinde dolanan yol ise endüktanstır (tek turlu bir bobin gibi).

Anot bloğunda sayısı 8 ila 20 arasında değişen, kovuk çınlayıcı (cavity resonator) olarak adlandırılan, frekans değerini belirleyen oyuklar bulunur. Bir çınlayıcı salınıma geçince, ardından komşu çınlayıcı da salınıma başlar, ancak bu salınım 180° lik bir faz gecikmesi ile gerçekleşir. Çınlayıcıdan-çınlayıcıya meydana gelen bu gecikmelerle anot bloğu bir kapalı bir gecikme hattı gibi çalışır. Bu Gecikme Hattı nedeniyle, bazı yayınlarda bu yapı “Çok-kovuklu Yürüyen Dalga Magnetronu“ (Multicavity Travelling Wave Magnetron) olarakta adlandırılmaktadır.

Bu çınlayıcılar anot bloğu ile katot arasındaki bölüme dar bir yarık ile açılırlar. Anodun etken alanı, böylelikle sayısı çınlayıcılara karşılık gelen farklı bölümlere ayrılır. Anot ile katot arasındaki bu hacim, etkileşim bölgesi olarak adlandırılır. Bu çalışma alanı içinde bulunan elektrostatik ve manyetik alanlar elektronun hareket yörüngesini tayin ederler.

Resim 4: Magnetronlarda kullanılan değişik tip anot blokları

Resim 4: Magnetronlarda kullanılan değişik tip anot blokları

Resim 4: Magnetronlarda kullanılan değişik tip anot blokları

Resim. 4 de bir dairenin her bir çeyreğinde farklı biçimde çınlayıcılar gösterilmiştir.

  1. Yarık tipi
  2. Daire sektörü tipi
  3. Doğan güneş tipi
  4. Delik tipi

Klasik yapı, bakır anot bloğunun delindiği ve deliğin iç yüzeyinin freze ile işlenerek pürüzsüz hale getirildiği delikli tiptir. Seri üretilen ilk magnetronlar böyle delik tipi idi. Her iki delik tipinde de iç yüzeyler frezeyle işlenmiştir. Göreceli olarak yumuşak olan bakır malzemenin frezelenmesi çok karmaşık bir işlemdir, çünkü freze ağzı geride kalanı malzemeyi bükmeksizin çok az bir talaş alabilir. Bu frezeleme süresini kısaltmak için dairesel kovuklu tip magnetrona dönülmüştür. Bu yöntemde bakır çubuklar önceden hazırlanmış derinliği az yuvalara çakılır. Üretim sırasında bu kovukların çınlama frekansları test edilebilir ve gerekirse kovuk kenarlarını frezeleyerek hatalar giderilir. Günümüzde genellikle daha ucuz olan böyle çubuk-tipi magnetronlar üretilmektedir.

Bir magnetron nasıl çalışır?

Magnetronun çalışma şekli

Tüm Hız Modülasyon Tüplerinde olduğu gibi, bir magnetronda da, yüksek frekanslı salınımların elde edilmesinde geçen elektronik olaylar dört evrede toplanabilir:

  1. Evre: Elektron akımının elde edilmesi ve hızlandırılması;
  2. Evre: Bir değişken elektrik alanı vasıtasıyla elektronların hızının kumandası;
  3. Evre: Elektron akımının yoğunluk modülasyonu;
  4. Evre: Frenleyen değişken elektrik alanına enerjinin bırakılması.
1. Evre: Elektron akımının elde edilmesi ve hızlandırılması

Resim 5: Farklı manyetik akı yoğunlukları için manyetik alan ve elektrostatik alanların etkisi altındaki bir elektronun yörüngesi.

Resim 5: Farklı manyetik akı yoğunlukları için manyetik alan ve elektrostatik alanların etkisi altındaki bir elektronun yörüngesi.

Resim 5: Farklı manyetik akı yoğunlukları için manyetik alan ve elektrostatik alanların etkisi altındaki bir elektronun yörüngesi.

Katot sıcakken magnetrona anot gerilimi uygulanırsa, katottan açığa çıkan elektronlar merkezden anoda doğru düzgün bir yörüngede hareket ederler. Elektronlar kuvvetli elektrik alanının etkisiyle ivmelenir ve dolayısıyla enerjiyi soğururlar. Resim. 5 de herhangi bir manyetik alanın etkisi altında kalmayan tek bir elektronun katottan anoda bir düz hattaki koyu mavi renkle çizilmiş yörüngesi gösterilmektedir.

Anot ile katot arasındaki bölgeye (burada elektrik ve manyetik alanları birbirine dik yöndedir) eksenel yönde bir manyetik alan uygulanması durumunda, elektronlar bir yandan bir çember etrafında dönerken bir başka çember çizerek (epicycloidal) sapmaya uğrarlar. Manyetik alanın akısı ne kadar yüksekse, bu sapma da o kadar fazla olur. Yörüngesi anoda teğet geçen, kırmızı renkli elektronların akı yoğunluğu kritik akı yoğunluğu olarak adlandırılır. Pratikte bu kritik değerden (turuncu renkli) çok daha yüksek bir akı yoğunluğu seçilir. Elektronlar anoda ulaşamazlar. Bu durumda artık bir anot akımı oluşamayacaktır.

Bununla beraber, eğer herhangi bir anot akımı akamazsa, o zaman güç kaybına rağmen elektronlar çınlayıcılarda salınıma geçmek ve sürdürmek için yeterli enerjiye sahip olamayacaktır. Anot gerilimi önemli miktarda artırılarak, elektronların, anoda doğru daha büyük bir ivmelenmesini başlatacak yeterli enerjiyi alması sağlanır. Anot gerilimi arttıkça daha fazla enerjiye kavuşan elektronların hızı da o kadar artar. Artık manyetik alanın gücü elektronları kritik yörüngenin dışında başka bir yörüngeye saptırmaya yetmeyecektir. Bu durumda bir anot akımı ölçülebilir. Elektronların yörüngesi, teorik olarak resimde mor renkle gösterilen yörünge gibi olacaktır. Megavat bölgesindeki darbe güçlerine rağmen, anot akımı sadece birkaç on mili amperde kalır. İbreli tip ölçü aletlerinin ataleti nedeniyle anot akımının yalnızca ortalama değeri ölçülebilir. Tepe değeri çok daha yüksektir. Bununla beraber, pratikte bu tür bir yörünge, anotta herhangi bir çınlayıcı yoksa (ya da Resim. 5 de görüldüğü gibi ağızları kapanarak kısa devre edilmişse) meydana gelir.

2. Evre: Bir değişken elektrik alanı vasıtasıyla elektronların hızının kumandası

Resim 6: Dönen elektrik alanının yörüngesi

Resim 6: Dönen elektrik alanının yörüngesi

Resim 6: Dönen elektrik alanının yörüngesi

Kovuklu çınlayıcıların yarığının yanından geçen elektronlar kovuklu çınlayıcıları salınıma geçirirler. İlk salınıma geçen çınlayıcı, bitişik çınlayıcıyı da uyartarak salınıma geçmesini sağlar, ancak bu salınım 180° gecikmeyle gerçekleşir. Bu çınlayıcı da, ardından bitişik çınlayıcıyı harekete geçirir ve süreç böyle devam eder. Böylece bu çınlayıcı dizisi bir gecikme hattı meydana getirir. Geciktirme hatları boyunca bir dönen manyetik alan oluşur. Manyetik alan, çınlayıcıların iç bölümlerinde etkili olduğundan, sadece çınlayıcı yarığında yoğunlaşan elektrik alanı etkileşim hacminde etkin olur ve elektronların hareketlerini etkiler.

Resim. 6 dönen dalganın yüksek frekanslı elektrik alanını ve anot bölümlerindeki ilgili yük dağılımını yalnızca bir belirli zaman noktasında göstermektedir. Yeşil renkli oklar anot blokları içerisinde yüksek frekanslı salınımlar sonucu meydana gelen elektron hareketlerini sembolize etmektedir. Çınlayıcı yarıklarında meydana gelen yüksek frekanslı alan ve anot bölümlerindeki yükler daima var olan elektrostatik alanı ilaveten etkiler.

Sonuçta; dönen dalgalar, anot bölümlerinin gerilimini, anot DC gerilim değerinden bir miktar daha büyük (pozitif) ya da bir miktar daha küçük (negatif) bir değere değiştirir. Bu yük farkları, bu an için „+“ ve „-“ olarak işaretlenmiştir.

Katottan o anki pozitif yüklü anot bölümlerine doğru yol alan elektronlar ilaveten hızlanırlar. Bu nedenle manyetik sağa sapma daha kuvvetlenir ve elektronların teğetsel hızları daha da artar.

Diğer yandan, anodun o an için negatif yüklü bölümlerine yol alan elektronlar ise yavaşlarlar. Bunlar sağa öyle çok sapma yapmazlar ve bunun sonucu olarak daha düşük bir teğetsel hızda hareket ederler.

3. Evre: Elektron akımının yoğunluk modülasyonu

Resim 7: Dönen „uzay bisiklet tekerleği“ denilen yoğunluk modülasyonlu elektron akışı.

Resim 7: Dönen „uzay bisiklet tekerleği“ denilen yoğunluk modülasyonlu elektron akışı.

Bir 12-kovuklu magnetronda dönen „uzay bisiklet tekerleği“ ile elektron akımının yoğunluk modülasyonu

Resim 7: Dönen „uzay bisiklet tekerleği“ denilen yoğunluk modülasyonlu elektron akışı.

Resim.5 de belirtilen yörüngede sadece bir elektron hareket etmez. Katottan salınan elektronların çoğu her yönde hareket ederler. Başlangıçtaki dağılım oldukça düzgündür. Yalnızca çınlayıcıların elektrik alanlarının etkisi elektronların hız modülasyona neden olur.

Değişik elektron gruplarının farklı hızlara sahip olmaları nedeniyle, elektronların dolaşımı sırasında yürütme zamanı etkileri (run-time effects) meydana gelir. Daha hızlı elektronlar daha yavaş elektronları yakalar ve elektronların demetleşmesi sonucu „jant telli bisiklet tekerinin“ (Space-Charge-Wheel) dönmesi sırasında meydana gelen bir görüntüye benzer bir çark görüntüsü ortaya çıkar.

Hem dalgalar (ve dolayısıyla çınlayıcılardaki alan dağılımı) hem de çark sürekli döndüğünden bu durum statik değildir ve elektron hatlarının teğetsel hızlarının ve dalgaların dönme hızlarının birbiriyle bağdaştırılması gerekir. Elektronların bu hız kontrolü radar operatörünün anot akımını magnetronun çalışma yönergesine uygun olarak belirlenmiş değere ayarlaması sırasında olur.

4. Evre: Frenleyen değişken elektrik alanına enerjinin aktarılması

Bu çarkın bir kolu, anot DC geriliminin dönen yüksek frekanslı alana binişmesi sonucu bir miktar negatif yüklenmiş bir anot bölümünün tam üzerinde iken elektronlar frenlerler ve enerjilerini bu yüksek frekanslı alana bırakırlar. Katottan ilgili (daha negatif) anot bölümlerine doğru yola çıkan çarktaki elektronlar yolda birkaç kez frenlenirler. Her bir frenleme sırasında ve hem de anoda varışında elektronlar enerjilerini yüksek frekanslı salınıma bırakırlar. Elektronların bu çok sayıda frenlenmesi enerjinin en uygun şekilde kullanılması sağlar ve verimlilik % 80 gibi değere ulaşır.

Resim 8: Geçici süreç: Tek bir elektronla sönümlü salınımların elde edilmesi.

Resim 8: Geçici süreç: Tek bir elektronla sönümlü salınımların elde edilmesi.

Geçiş süreci

Anoda gerilim uygulanmasını takiben herhangi bir yüksek frekanslı alan meydana gelmez. Bir bireysel elektron, anot geriliminin statik elektrik alanı ve manyetik alanının etkileri altında Resim.5 de kırmızı renkle gösterilen yörüngede hareket eder. Elektronlar yük taşıyıcılardır: Çınlayıcılar arasındaki açıklığın yanından geçerken bir miktar enerjiyi buraya bırakırlar.

Geçiş sürecini şöyle sıralayabiliriz: Anodun katoda göre daha yüksek bir pozitif gerilime sahip olmasına rağmen (ki bu serbest elektron sayısında bir kayıp olarak ortaya çıkar) metalde halâ yeterli sayıda serbest elektron bulunmaktadır. Bu elektronların, negatif yüklerine bağlı olarak birbirlerini itmeleri nedeniyle sükûnet durumunda da aralarında bir net açıklık bulunur. Şimdi yarığın yanından geçen bir yeni elektron ve yarık civarında sükûnet halindeki elektronları iter. Bu, anottaki deliğin etrafındaki bütün elektronları etkiler. Elektronların geçişinden sonra bile sükûnet durumuna dönüş bir zaman alır. Anottaki deliğin etrafında artık tınlaşım frekansında bir sönümlenen salınım meydana gelir.

Bu sırada geçmekte olan elektron da yavaşlar: O elektron artık enerjisini kovuklu çınlayıcıya bırakmıştır.

Kovuklu çınlayıcı ilk önce özgün frekansı ile çok yavaş salınmaya başlar. Bu yüksek frekanslı alan ile elektron demeti arasında (önce bir düşük güçle) derhal bir karşılıklı etkileşim başlar. Elektronlar bu değişken alanda ilaveten etkilenirler ve şimdi yüksek frekanslı alan ile hız modülasyonlu elektronlar arasında 1. ila 4. evrelerde bahsedilen süreç çalışmaya başlar. Çok kısa bir sürede salınımın en yüksek genliğine ulaşılır.

Bu geçiş süreci içindeki salınımların faz açısı için bir tahmin yapmak mümkün değildir. Her bir süreç rasgele bir açıyla gerçekleşir. Magnetronla üretilen gönderim darbeleri bu nedenle birbirleriyle uyumlu değildir.

Bununla birlikte bir magnetronu bir uyumlu osilatörün faz açısı vasıtasıyla salınıma zorlamak da mümkündür.[[2]

Magnetron çalışma modları
mod π
mod ½π
mod ¾π

Resim 9: Magnetronun salınım modları (Burada bir çember üzerinde dizili anot bölümleri „bir noktada koparılarak“ düz bir hatta gösterilmiştir.)

mod π
mod ½π
mod ¾π

Resim 9: Magnetronun salınım modları (Burada bir çember üzerinde dizili anot bölümleri „bir noktada koparılarak“ düz bir hatta gösterilmiştir.)

Kısa devre halkaları

Resim 10: Magnetronun kesiti, kısa devre halkaları oldukça belirgin.

Kısa devre halkaları

Resim 10: Magnetronun kesiti, kısa devre halkaları oldukça belirgin.

Çalışma frekansı her şeyden önce çınlayıcıların boyutlarına ve anot ile katot arasındaki etkileşim hacminin büyüklüğüne bağlıdır. Bununla beraber çınlayıcılar, kendi aralarında da etkileşim hacmi üzerinden bağlaşırlar (coupled) ve tüm sistem (gecikme hattı) için birden daha fazla sayıda tınlama (resonance) frekansı meydana gelir.

Resim. 9 da 12-çınlayıcılı bir magnetronun olası dört adet salınım biçiminden (modundan) üç adedi gösterilmektedir. Magnetron diğer modlardan (3/4π, 1/2π, 1/4π) birinde çalışırken bu modlardaki güç ve buna bağlı olarak verimliliği ve salınım frekansı da azalır.

En uygun π-modunda bir kararlı çalışmayı sağlamak için, bu modda iki adet yapısal önlem almak mümkündür:

Doğan Güneş tipi anot farklı derinlikte kovuklara sahiptir. Verilen örnekte, her ikinci çınlayıcının çınlama frekansı, π-modunda istenen çalışma frekansının 3. harmoniği, yani temel frekansın üç katıdır. Normal olarak bu çınlama frekansı, çalışma frekansının tek sayılı bir katı olması nedeniyle π-modunda salınımın kenarlarını destekler. Örneğin, magnetron 1/2π modunda çalışıyorsa o zaman salınım sürecinin akım akışı birbirine sabit bağlaşık iki çınlayıcıyı kapsar. Bu durumda bir çınlayıcı 2. harmonikte, diğeri ise 6. harmonikte çalışacaktır. Bu daha küçük çınlayıcı, frekansın hâlâ bir çift katında çalışması ve sabit bağlaşım ile hâlâ 180° lik bir faz kaymasına sahip olması nedeniyle komşu çınlayıcılarla bir itme-çekme (push-pull) modunda çalışır. Böylece yanlış mod için zaten uygun olmayan var olan verimsizlik sürmeye devam edecek ve bu salınım π-moduna dönene kadar çalışma koşulları daha da kötüleşecektir.

π-modundan başka herhangi bir modda bir salınım üretilecekse çınlayıcıların sayısının bu moda uyumlu olması gerekir. Örneğin, 3/4π-modunda, dönen dalgaların ortaya çıkabilmesi için çınlayıcıların sayısı 6 ya bölünebilmelidir. Bu nedenle olası mod sayısı çınlayıcıların sayısına bağlıdır.

Magnetrondan enerjinin sağılması

Yüksek frekanslı enerji magnetrondan bir halka vasıtasıyla sağılır. Bu halka, 10 GHz altındaki frekanslarda bir eşeksenel (coaxial) kablonun ortasındaki iletken bükülerek oluşturulur ve ardından kablonun dış iletkeni anoda lehimlenir. Bu şekilde oluşturulan halka (Resim.11) herhangi bir kovuğun içine yerleştirilir. Daha yüksek frekanslarda ise bu halka çınlayıcının dışına doğru alındığında (Resim.12) daha verimli olmaktadır.

Resim.13 de bir bölümün yüksek frekanslı enerjisinin doğrudan sağılması görülmektedir. Buradaki bölüm aslında bir tınlaşım devresinin aktif ucudur ya da iki salınım devresinin tam ortasındadır. İletken, benzeri şekilde, çınlayıcılar arasında meydana gelen manyetik alanı algılar. Yine Resim.14 de görüldüğü gibi, kısa devre halkalarına bağlantı yapılan bir yöntem daha vardır. Enerjiyi bir eşeksenel kablo ile sağma yöntemi çok uygundur. Anoda, bir vakum tüp olması nedeniyle, geçiş noktasında bir hava kaçağı olmaması gerekir. Eşeksenel bir kablo ile yapılan geçişte bu sızdırmazlık kolayca sağlanabilir. Bu eşeksenel kablolar doğrudan dalga kılavuzunu da besleyebilir. Eğer, küçük boyutlu dalga kılavuzu kullanılıyorsa, enerji yüksek frekanslarda yarıktan doğrudan sağılabilir ve bu yöntem çok yaygın kullanılır (Resim.15). Dalga kılavuzu bağlantısı hava sızdırmazlığı sağlanmış bir kuvars cam penceresi içinden yapılmalıdır.

Enerjinin magnetronda değişik yöntemlerle sağılması

Resim 11: Çınlayıcı odasında kapma halkası ile sağma (çok sağlam bağlantı)

Resim 12: Çınlayıcı odasının üzerinden kapma halkası ile sağma (daha gevşek bir bağlantı)

Resim 13: Çınlayıcı duvarından YF-gerilimin kapılması

Resim 14: Kısa devre halkasından YF-gerilimin kapılması

Resim 15: Kovuktan sağma

Magnetronda frekans ayarının yapılması

Ayarlanabilir magnetronlarda frekansın, bir verilen frekans bandı içinde duyarlı ayarlanabilmesi mümkündür. Çınlayıcılarda yapılan mekanik değişikler çınlayıcının kapasitansı ya da endüktansını değiştirir ve bunun bir sonucu olarak tınlaşım frekansı da değişir.

Kısa devre çubuklarının arasındaki açıklık değiştirilerek, örneğin bu kısa devre çabukları arasına bir halka yerleştirilerek, bir kapasitif ayar yapmak da mümkündür. Bu tür ayarlama yöntemi „kurabiye-kalıbı ayarlama“ (cookie-cutter tuning) olarak adlandırılır, ancak bu yöntem çok seyrek kullanılır. Genellikle kullanılan yöntemde ise bütün kovuklu çınlayıcılara endüktif ayar çubukları yerleştirilir, bunlar gövdeye monte edilir ve dışardan ayar yapılabilir. Bu yönteme „dikenli-taç ayarlama“ (crown-of-thorns tuning) denilir. Bu yöntemle 1,5 : 1 gibi bir ayar aralığı elde edilebilir. Tüm ayarlama yöntemlerinde ana sorun mekanik hareketin tüpün vakum hacmi içine aktarılmasıdır.

Anot bloğu
Ayar çerçevesi
Endüktif
etkili
ilave ayar
elemanları

Resim 16: Endüktif ayar („Dikenli taç-ayarı“)


 
Anot bloğu
Ayar çerçevesi
Endüktif
etkili
ilave ayar
elemanları

Resim 16: Endüktif ayar („Dikenli taç-ayarı“)

ASR-910 radarının M5114B tip magnetronu ayarlanabilir magnetrona bir örnektir. ASR-910 radarında karşılıklı gürültülerin önlemesi için göndericinin değişik frekanslarda çalışabilmesi gerekir. Burada kullanılan magnetronun bir ayar mekanizması ile donatılmış olması gerekir.

Resim 17: Endüktif ayar elemanlı bir magnetronun (kovuk- tipi) çınlayıcısı

(Büyütmek için tıklayınız: 1100·825 piksel = 222 kByte)
Sağma-
halkaları
Isıtıcı besleme hattı

Resim 17: Endüktif ayar elemanlı bir magnetronun (kovuk- tipi) çınlayıcısı

Resim. 17 de TH3123 tipi magnetronun endüktif ayarlama elemanı görülmektedir. Çınlayıcıların birinden ısıtma hattı geçmektedir. Bir başka kovukta ise sağma halkası bulunmaktadır. Bu iki kovukta ayar yapmanın zorluğu ortadadır. Bu iki çınlayıcı, diğer çınlayıcılara göre daha geniş bantlı olmalıdır. Sonuçta magnetronun verimi azalır ve frekans değişimi ancak çok dar bir bantta mümkün olur.

Bu arada: Resim.17 de kovukları bir frezede açılmış bir magnetron görülmektedir. Anodun dairesel dış duvarında, bükülmüş sağma halkası yer almaktadır. Böyle bir yapıda frezeyle bakır gibi çok yumuşak bir malzemeyi bükmeden işlemek çok zordur.

M5114B

Resim 18: ASR-910 radarının M5114B tipi magnetronu

VMX1090

Resim 19: PAR-80. radarına takılı VMX 109 tipi magnetron. Bu magnetron, çalışma için gerekli sabit mıknatısları da içerir.

Üst sınır frekansları

Ciddi kaynaklar magnetronun güç üretiminde kullanılması için üst sınır frekansını 95 GHz[1] olarak belirmektedirler. Diğer ikincil kaynaklar, ancak bu değerleri nereden aldıklarını belirmeksizin, çok daha yüksek frekansları ifade etmektedirler.

Bir magnetrondaki yarıklı ışıyıcının boyutu, ürettiği salınımların yaklaşık yarı dalga boyu kadar olması gerekir. 96 GHz de dalga boyu yaklaşık 3,125 mm civarındadır. Bu nedenle deliğin çapı yaklaşık 1,5 mm olmalıdır. Ancak, hassasiyet % 5 in çok daha altında olmalıdır, çünkü bir salınımın yükseltilebilmesi için tüm kovuklu çınlayıcılar aynı tınlaşım frekansına sahip olmalıdır. Burada bir milimetrenin en azından birkaç yüzde biri kadar bir mekanik hassasiyet söz konusudur. Buraya kadar bunu sağlamak mümkün gibidir.

Ancak, eğer 300 ya da hatta 400 GHz gibi bir tınlaşım frekansı gerekirse, o zaman bir tınlaşım için bir kovuklu çınlayıcının gerekli boyutu dalga boyunun birkaç onda biri kadar olmalıdır. Bu durumda gerekli hassasiyet bir milimetrenin birkaç binde bir kadar olacaktır. Eğer bir laboratuvar aygıtı için bile bu mekaniksek zorluklar hayal edilebilse bile başarısız olur, çünkü milimetrenin onda biri gibi küçük uzunluklarda bir yüksek anot geriliminin uygulanması mümkün değildir. Yüksek frekanslı salınım yerine, bujide olduğu gibi ark aralığı vardır. Bu düşünceler, böyle verileri, bu tür yüksek frekanslar için oldukça düşük bir ihtimal haline getirmektedir.

Notlar:

  1. Richard C. Dorf: “The Electrical Engineering Handbook”, 2. Edition, Seite 1046 (Sınırlı önizleme)
  2. David J. Greenslade: “The Advantages of a Magnetron Source for Electron Spin Echo Detection“, University of Essex, (çevrim içi)
  3. Magnetronlara ait daha fazla resim ve kesit türleri için: www.ostron.de.