http___radartutorial.de_08.transmitters_Y_C3_BCr_C3_BCyen_20Dalga_20T_C3_BCpleri.tr.html_2.xml
1.1 2.1 3.1 4.1 5.1 6.1 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 8.1 9.1 10.1 11.1 11.2 11.3 12.1 12.2 12.3 12.4 13.1 14.1 14.2 15.1 16.1 17.1 18.1 18.2 19.1 19.2 20.1 21.1 22.1 22.2 22.3 22.4 22.5 23.1 24.1 25.1 25.2 25.3 25.4 26.1 27.1 27.2 27.3 28.1 29.1 30.1 31.1 32.1 33.1 34.1 35.1 35.2 35.3 35.4 36.1 37.1 37.2 37.3 37.4 37.5 38.1 39.1 40.1 40.2 40.3 40.4 40.5 41.1 41.2 41.3 42.1 43.1 43.2 43.3 43.4 43.5 43.6 44.1 44.2 44.3 44.4 45.1 46.1 47.1 48.1 49.1 50.1 51.1 52.1 53.1 54.1 54.2 54.3 54.4 55.1 56.1 56.2 56.3 56.4 56.5 56.6 57.1 58.1 58.2 58.3 58.4 59.1 60.1 61.1 62.1 62.2 63.1 64.1 64.2 65.1 66.1 66.2 66.3 66.4 67.1 68.1 69.1 69.2 70.1 70.2 71.1 72.1 73.1 73.2 74.1 75.1 76.1 76.2 76.3 76.4 77.1 78.1 79.1 80.1 81.1 82.1 83.1 84.1
Traveling Wave Tube What is a travelling wave tube? Figure 1: Physical construction of a TWT: ① Electron gun; ② Surrounding magnet; ③ Slow wave structure (here: Helix); ④ Collector; Figure 1: Physical construction of a TWT Figure 1: Physical construction of a TWT: ① Electron gun; ② Surrounding magnet; ③ Slow wave structure (here: Helix); ④ Collector; (interactive picture) Traveling Wave Tube Traveling Wave Tubes (abbr.: TWT, pronounced: “twit”) are vacuum tubes used as high-gain, low-noise, wide-bandwidth microwave wideband amplifiers. A TWT is capable of gains from 40 to 70 dB with bandwidths exceeding two octaves.[1] (A bandwidth of 1 octave is one in which the upper frequency is twice the lower frequency.) TWTs have been designed for frequencies as low as 300 Megahertz and as high as 100 Gigahertz.[1] Power level range from a few watts to 10 MW. The TWT is primarily a voltage amplifier. Together with the klystrons they form a special group of linear-beam tubes in context of velocity-modulated tubes. There are two different main types of TWT: - low-power Helix TWT occurs as a highly sensitive, low-noise and wideband amplifier in radar receivers and measurement equipment; - high-power Coupled-Cavity TWT are used as a power-amplifier for high-power transmitters, e.g. as pre-amplifier for crossed field amplifiers (CFA). They have significant higher output-power, but less bandwidth (10 … 20 percent). Both types have the same operating principles and they both incorporate the basic components shown in the Figure 1. They mostly differ in the construction of the slow-wave structure. The wide-bandwidth and low-noise characteristics make the TWT ideal for use as an RF amplifier in microwave equipment. On reason of the special low-noise characteristic they are widely used as an active RF amplifier element in microwave receivers and transmitters in radar systems and in space communications. Physical construction The physical construction of a typical TWT is shown in Figure 1. It consists of four basic elements: - Electron gun which produces and then accelerates an electron beam along the axis of the tube; - Magnetic electron beam focusing system which provides a magnetic field along the axis of the tube to focus the electrons into a tight beam; - Slow wave structure as RF- interaction circuit, e.g. a coiled wire (Helix) at the center of the tube, that provides a low-impedance transmission line for the RF energy within the tube; - Collector. The electron beam is received at the collector after it has passed through the slow wave structure. All components of the TWT are held under a very high vacuum. The RF input and output may couple onto and removed from the helix by waveguide directional couplers that have no physical connection to the helix. Figure 2: Variants of magnets: a) solenoid; b) permanent magnet; c) periodic permanent magnets Electron Gun The electron gun is similar in construction as in all cathode ray tubes. It consists of a indirect heated cathode, that must be heated to a temperature between 850° and 1 100° Celsius (≙ 1 500° to 2 000° Fahrenheit) to produce appreciable electron emission. A focusing grid with the same potential as the cathode (or a small negative bias up to −20 Volts relative to the cathode) directs the electrons in the desired direction. One or more anodes are used to generate the requisite electron velocity. The beam passes the anodes through a hole or a grid and travels through the slow wave structure. The electron gun is covered by a shielding box to prevent hazardous radiation. Surrounding Magnet The surrounding magnet provides a magnetic field along the axis of the tube to focus the electrons into a tight beam. This magnet may be either a permanent magnet or a solenoid (electromagnetic) focusing element (see Figure 2a). A permanent magnet doesn't need a power supply and ensures that the magnetic field is always present. The disadvantage is that a permanent magnet doesn't provide an adjustment of the magnetic field to optimize the tubes performance. If a single permanent magnet (see Figure 2b) is replaced by a number of smaller magnets then the size and total weight of the magnet structure is reduced (see Figure 2c). The housing is usually made of aluminum to prevent the disturbing influence of ferromagnetic materials. Extrinsic magnetic materials can interfere with the uniform magnetic field and destroy the traveling wave tube. Therefore, the packaging of a traveling wave tube has oversized dimensions often. attenuating cover bunching Figure 3: Amplified helix signal attenuating cover bunching Figure 3: Amplified helix signal Slow wave structure Since the electron beam into the tube must obviously travel slower than the speed of light, there must be some means of slowing down the forward velocity of the electromagnetic wave. The electron beam speed of a TWT is about 10 to 50 percent of the speed of light. The speed depends on the cathode voltage that may be between 4 to 120 Kilovolts. The slowdown is done by means of a slow wave structure, on which the electromagnetic wave propagates. Collector The collector is a voltage electrode of the TWT. It's the same potential as the body of the tube, and this is usually on ground. In the absence of an input signal, the entire beam energy must be dissipated in the collector. Forced air-cooling or liquid cooling of the collector is necessary at high-power TWTs. High-power TWTs often use multi-stage collectors as shown in Figure 1. Figure 4: Electron-beam bunching Functional describing The input voltage creates an additional axial electric field that moves as fast as the electron beam on the wire of the helix. This electric field accelerates (in the positive half-wave) or decelerates (in the negative half-wave) the electrons in the electron beam. This process is called velocity modulation. If the electrons of the beam were accelerated to travel faster than the waves traveling on the wire, electron bunching would occur through the effect of velocity modulation. (see Figure 4) By delivering energy to the electron beam, the power of the traveling wave decreases. The additional attenuator causes a decreasing to zero. This one attenuator also prevents any reflected waves from traveling back down the helix. Figure 5: Repelling of the electrons in the wire of the helix However, the velocity modulation is still effective in the electron beam. The faster electrons catch up with the slower electrons and bunching occurs. The electron- beam bunching already starts at the beginning of the helix and reaches its highest expression on the end of the helix. The electron bunches in the beam give up energy to the wire of the slow wave structure. They repel the electrons in the wire and generate a new one travelling wave in the helix. The energy from bunches would increase the amplitude of the traveling wave in a progressive action that would take place all along the length of the TWT. The injection of the wave in the slow wave structure (as shown in Figure 5) causes a phase shift of −90 degrees relative to the initial waveform. When the electrons deliver their energy to the wave in the helix, they slow down. In some TWTs the helix is made narrower at the end of the tube therefore. This slows down the speed of the electromagnetic wave in the slow wave structure as well. Characteristics of a TWT Figure 6: characteristic of a traveling wave tube Figure 6: characteristic of a traveling wave tube Power amplification The attainable power-amplification is essentially dependent on the following factors: - constructive details (e.g. structure and length of the helix) - electron beam diameter (adjustable by the density of the focusing magnetic field) - power input (see Figure 6) - voltage UA2 on the helix As shown in the Figure 6, the gain of a given TWT has got linear characteristic of about 26 dB at small input power. If you increase the input power, the output power doesn't increase for the same gain. So you can prevent a saturation of e.g the following mixer stage in a radar receiver. The relatively low efficiency of the TWT partially offsets the advantages of high gain and wide bandwidth. Bandwidth The gain of a TWT is affected by the interaction of the electrons with the electric field caused by the wave in the slow wave structure. The effectiveness depends on the frequency response of the slow wave structure. A helix may have a bandwidth of more than two octaves. If the slow wave structure contains resonant parts, then the bandwidth depends on its frequency response. The bandwidth of commonly used Coupled-Cavity TWTs is about 10 … 20 percent of the center frequency. Noise Figure The most important parameter for the use of the traveling wave tube as a pre-amplifier in radar receivers is the noise figure of the traveling wave tube. This determines the sensitivity of the receiver and thus the maximum range of the radar. The noise figure of recently used TWTs is 3 … There are three unavoidable sources of noise in a travelling wave tube: - Shot noise results from the random emission of electrons of the cathode - Velocity noise arises from different velocities of the emitted electrons. - Johnson–Nyquist noise is the electronic noise generated by the thermal agitation of the electrons. The noise figure depends on the size of most supply voltages of the traveling wave tube. For example, if the voltages at the electrodes are 5% less than the optimum values, the noise figure approximately doubles. Different Slow Wave Structures The previously described helix may be replaced by some other slow wave structure such as a ring-bar, ring loop, or coupled cavity structure. The structure is chosen to give the characteristic appropriate to the desired gain/bandwidth and power characteristics. Contra-wound Helix A contra-wound helix uses two helices wound in opposite directions. Both helices must be identical in dimensions. A contra-wound helix is less sensitive to backward waves interactions and therefore allows higher operating voltages, currents and power. The penalty for these advantages is that the bandwidth is less than that of a single helix. Ring-Loop TWT Figure 8: Ring-Loop slow wave structure A Ring Loop TWT uses loops as slow wave structure to tie the rings together. These devices are capable of higher power levels than conventional helix TWTs, but have significantly less bandwidth of 5…15 percent and lower cut-off frequency of 18 GHz. The feature of the ring-loop slow wave structure is high coupling impedance and low harmonic wave components. Therefore ring-loop traveling wave tube has advantages of high gain (40…60 Decibels), small dimension, higher operating voltage and less danger of the backward wave oscillation. Figure 9: Ring-Bar slow wave structure Ring-Bar TWT The Ring-Bar TWT was developed from the contra-wound helix and has got the same characteristics likely the Ring-Loop TWT. This one slow wave structure is very easy to make by precise laser cuts in a thin copper pipe. Figure 10: Coupled-cavity slow wave structure Coupled-cavity TWT The Coupled-cavity TWT uses a slow wave structure of a series of cavities coupled to one another. The resonant cavities are coupled together with a transmission line. The electron beam (shown in Figure 9 as red beam) is velocity modulated by an RF input signal at the first resonant cavity. This RF energy (displayed as blue arrow) travels along the cavities and induces RF voltages in each subsequent cavity. If the spacing of the cavities is correctly adjusted, the voltages at each cavity induced by the modulated beam are in phase and travel along the transmission line to the output, with an additive effect, so that the output power is much greater than the power input. Bildergalerie von Wanderfeldröhren Picture gallery of Travelling wave tubes Figure 11: High-power TWT VTR 572B used in HADR Radar Figure 12: Russian low-power TWT UV-1B (cyrillic: yB-1Б) used in P-37 “Bar Lock” (the measure in the detail enlargement is given for 20 windings) Sources and ressorces: - Alexander S. Gilmour jr.: ''Principles of Travelling Wave Tubes'', (Course-related training material), March 2014, ISBN 978-1-4951-0431-2
1.1 2.1 3.1 4.1 5.1 6.1 7.1 8.1 9.1 10.1 11.1 12.1 13.1 14.1 15.1 16.1 17.1 18.1 19.1 20.1 21.1 22.1 23.1 24.1 25.1 26.1 27.1 28.1 29.1 30.1 31.1 32.1 33.1 34.1 35.1 36.1 37.1 38.1 39.1 40.1 41.1 42.1 43.1 44.1 45.1 46.1 47.1 48.1 49.1 50.1 51.1 52.1 53.1 54.1 55.1 56.1 57.1 58.1 59.1 60.1 61.1 62.1 63.1 64.1 65.1 66.1 67.1 68.1 69.1 70.1 71.1 72.1 73.1 74.1 75.1 76.1 77.1 78.1 79.1 80.1 81.1 82.1 83.1 84.1 85.1 86.1 87.1 88.1 89.1
Yürüyen Dalga Tüpleri Yürüyen Dalga Tüpü nedir? Resim 1: Bir Yürüyen Dalga Tüpünün fiziksel yapısı: ① Elektron tabancası; ② Odaklayıcı mıknatıs; ③ Gecikme hattı (burada bir spiral); ④ Toplayıcı Resim 1: Bir Yürüyen Dalga Tüpünün fiziksel yapısı: ① Elektron tabancası; ② Odaklayıcı mıknatıs; ③ Gecikme hattı (burada bir spiral); ④ Toplayıcı; Resim 1: Bir Yürüyen Dalga Tüpünün fiziksel yapısı: ① Elektron tabancası; ② Odaklayıcı mıknatıs; ③ Gecikme hattı (burada bir spiral); ④ Toplayıcı; (Etkileşimli resim) Yürüyen Dalga Tüpleri Yürüyen Dalga Tüpleri (YDT) (Traveling Wave Tube, TWT) yükselteç olarak kullanılan vakum tüpleridir. Gürültü seviyesi düşük, kazancı yüksek ve geniş bantlıdırlar. Bir Yürüyen Dalga Tüpü iki oktavı aşan bir bant genişliğinde 40 ila 70 dB i bulan bir kazanca sahiptir.[1] Yürüyen Dalga Tüpleri şimdiden 300 MHz ila 100 GHz arasındaki frekans bölgesinde çalışabilmektedir.[1] Başarılabilmiş çıkış gücü birkaç Watt ila 10 MW arasındadır. Yürüyen Dalga Tüpleri esas olarak bir gerilim yükseltecidir. Klistron ve Yürüyen Dalga Tüpleri doğrusal ışıma tüpleridir ve bir özel grup olarak Hız Kontrol Tüpleri sınıfında yer alırlar. Yürüyen Dalga Tüplerinin iki ana tipi vardır: - Spiral hatlı Yürüyen Dalga Tüpleri radarlarda ve ölçüm aygıtlarında kullanılan, duyarlılığı yüksek, geniş bantlı ve düşük gürültülü yükselteçlerdir. - Bağlaşımlı çınlayıcılardan (Coupled-Cavity) meydana gelen gecikme hatlı Yürüyen Dalga Tüpleri Çapraz-Alan-Yükselticisine (Crossed Field Amplifier, CFA) sahip göndericilerde yükselteç ya da önyükselteç olarak kullanılırlar. Çıkış gücü oldukça yüksektir, ancak bant genişliği % 10 ila 20 daha azdır. Her iki tipin çalışma prensibi aynıdır ve Resim.1 de gösterilen ana modüller her iki grupta da yer alır. Bununla beraber temel fark gecikme hattının yapısında ortaya çıkar. Yüksek bant genişliği ve düşük bir gürültü seviyesine sahip olması bakımından Yürüyen Dalga Tüpleri mikro dalga bölgesi için ideal yükselteçlerdir. Düşük gürültülü oluşu nedeniyle radar alıcılarında, radar göndericilerinde ve uydu iletişiminde çok sık kullanılırlar. Fiziksel yapısı Bir Yürüyen Dalga Tüpünün fiziksel yapısı Resim.1 de gösterilmiştir. Yürüyen Dalga Tüpü dört bölümden meydana gelir: - Elektron tabancası, elektron demeti yaratır ve bu demeti tüpün boylamasına ekseni yönünde ivmelendirir; - Manyetik odaklama düzeni, elektron demetine ana eksen boyunca bir kılavuz manyetik alan yaratır ve bir dar demet haline getirir; - Etkileşim devresi olarak gecikme hattı, örneğin bir tüp içerisindeki tel spiral, yüksek frekansta düşük empedanslı bir hat meydana getirir; - Toplayıcı. Elektron demeti toplayıcıda frenlenir ve gecikme hattını geçtikten sonra saptırılır. Yürüyen Dalga Tüplerinin tüm parçaları bir yüksek vakumlu cam- ya da seramik gövde içindedir. Giriş ve çıkışlar, dalga kılavuzları ya da eşeksenel kablolarla yapılır. Aynı zamanda yönlü bağdaştırıcı ile bir galvanik yalıtım yapmak da mümkündür. Resim 2: Odaklayıcı mıknatısın türleri: a) Elektro mıknatıs; b) Sabit mıknatıs; c) Periyodik sabit mıknatıs Resim 2: Odaklayıcı mıknatısın türleri: a) Elektro mıknatıs; b) Sabit mıknatıs; c) Periyodik sabit mıknatıs Elektron tabancası Burada kullanılan elektron tabancasının yapısı katot ışınlı tüplerin tümünde kullanılan yapıya benzer. Genellikle, yeterli sayıda elektron salınımı sağlamak için bir ısıtıcı bobin ile 850° ila 1 100° C arasında bir sıcaklığa kadar dolaylı olarak ısıtılan bir katottan meydana gelir. Katodun etrafına, katotla aynı gerilime ya da biraz daha düşük bir negatif gerilime sahip ısıtılmamış bir plaka konulur. Böylece elektronların anot yönüne doğru hareketlenmesi sağlanır. Bir ya da daha fazla sayıda anot, elektronların yararlanabilir bir hıza çıkmasını sağlarlar. Elektronlar, anodu, bir delik ya da ızgara içinden geçerler ve bir elektron demeti olarak gecikme hattı boyunca yollarına devam ederler. Meydana gelen tehlikeli iyonize ışımanın yayılmaması için elektron tabancası bir koruyucu kılıf içine alınmıştır. Manyetik odaklayıcı Elektron demeti ve gecikme hattının çevresini saran manyetik odaklama düzeni elektronları çok dar bir demete dönüştürür. Bu mıknatıs, bir sabit mıknatıs ya da elektromıknatıs olabilir (Resim. 2a ya bakınız). Sabit mıknatıs herhangi bir besleme kaynağına ihtiyaç duymaması ve bir manyetik alanı sürekli olarak sağlama gibi bir üstünlüğe sahiptir. Sakıncası ise; Yürüyen Dalga Tüplerinin gücünün en uygun kullanılabilmesini sağlayan manyetik akı değer ayarının yapılamamasıdır. Eğer gerekli tek bir sabit mıknatıs yerine, birden daha fazla sayıda daha küçük mıknatıs kullanılırsa (Resim.2b ye bakınız). Yürüyen Dalga Tüpü yükseltecinin toplam ağırlığı önemli miktarda azalır. Mıknatıs ve tüp arasında ekranlama amacıyla bir alüminyum mahfaza bulunur. Bu mahfazanın manyetik alandan etkilenmemesi için ferromanyetik malzemeden yapılmamış olması gerekir. Harici manyetik alanlar girişim (interference) sonucu, iç manyetik alanın düzgünlüğünü etkileyebilir ve hatta Yürüyen Dalga Tüpünü işe yaramaz hale getirebilir. Bu nedenle, Yürüyen Dalga Tüpleri, bu girişim alanlarına yeterli açıklığı sağlamak için büyük boy paketlerde tedarik edilir. işareti malzemenin etkisi indüklenen gerilim yoğunluk modülasyonu Resim 3: Spiralde kuvvetlendirilmiş YF-işaretli işareti malzemenin etkisi indüklenen gerilim yoğunluk modülasyonu Resim 3: Spiralde kuvvetlendirilmiş YF-işaretli Geciktirme hattı Elektron demeti içindeki elektronlar ışık hızından çok daha düşük bir hızla hareket ederler. Bu hız, 4 ila 120 kV arasında değişen katot gerilimine bağlı olarak ışık hızının yaklaşık % 10 ila 50 si civarındadır. Bir hattaki elektromanyetik dalgaların yayılma hızı ışık hızının yaklaşık % 66 ila 80 i arasındadır. Bu nedenle gecikme hattı, içinde hareket eden yüksek frekansın elektronların hızına düşürmesi gerekir. Bu, daima dolambaçlı yolların yardımıyla gerçekleşir. Bu dolambaçlı yollar spiral ya da zikzak biçimli olabilir. Toplayıcı Toplayıcı da Yürüyen Dalga Tüplerinin bir elektrotudur. Katot çok yüksek bir negatif gerilime bağlıyken, toplayıcı genellikle toprağa bağlıdır. Bu bakımdan bir anot gibi hareket eder. Eğer Yürüyen Dalga Tüplerine herhangi bir giriş gerilimi uygulanmamışsa, toplayıcı, elektron demetinin tüm enerjisini soğurabilmelidir. Bu nedenle çok yüksek çıkış gücüne sahip Yürüyen Dalga Tüplerindeki toplayıcının cebri soğutulması gerekir. Bu, bir hava soğutma ya da sıvı soğutma ile olabilir. Dünyada kullanılan Yürüyen Dalga Tüplerinde bu soğutma radyant sistemle yapılmaktadır. Çok yüksek güçlü Yürüyen Dalga Tüplerinde, toplayıcı, Resim.1 de görüldüğü gibi, birkaç kademeli yapılır. Resim 4: Elektronların hız modülasyonu ve ardından kümelenmesi Çalışma prensibi Bir yüksek frekanslı giriş gerilimi, elektron demetiyle aynı yayılma hızına sahip olana kadar gecikme hattı tarafından geciktirilen ve böylece belirli elektronlara daha uzun bir süre etki edebildiği bir ilave elektrik alanı meydana getirir. Elektronlar elektrik alanı salınımının pozitif yarı dalgasında ilaveten ivmelenirler, buna karşılık negatif yarı dalga süresince frenlerler. Bu olaya Yürüyen Dalga Tüplerinin hız modülasyonu denir. Şimdi, yavaş elektronlar daha hızlı elektronlar tarafından yakalanmaktadır. Bunun ardından elektronlar demetlenir (Resim.4 e bakınız). Resim 5: Elektronların spiralin tellerinde yer değiştirmesi Sonuç olarak elektromanyetik dalga enerjisini elektronlara bırakır. İlaveten, dalganın enerjisi hemen hemen sıfıra kadar indiren bir zayıflatıcı katman etkili olur ve bu zayıflatıcı katman aynı zamanda kendini yeniden uyartmaya (self-excitation) yol açacak geriye yansıyan dalgaları da önler. Bununla beraber, elektronların demetlenme süreci devam eder. Elektronların hızı hâlâ birbirinden farklıdır, böylece demetleşme yoğunlaşır. Bu demetleşme elektron demetinin en başından en sonuna kadar etkindir ve spiralin bitiminde elektron paketi en büyük biçimini alır. Şimdi elektron demeti enerjisini gecikme hattına bırakır. Demet, elektronları spiralin telleri boyunca hareketlendirir, böylece tekrardan bir yeni salınım meydana gelir. Bu salınım şimdi sürekli yükseltilir ve böylece yüksek frekanslı gerilimin genliği başlangıç değerinin çok ötesine yükselir. Gecikme hattındaki salınımlar giriş işaretine göre −90° bir faz farkıyla gerçekleşir. Elektron demetindeki elektronlar enerjilerini salınımlara bırakmasının ardından yavaşlarlar. Bazı Yürüyen Dalga Tüplerinde tüpün sonuna doğru spiralin çapı girişe göre daha dardır, böylece bu daha düşük hız dengelenir. Elektriksel özellikleri Resim 6: Bir Yürüyen Dalga Tüpünün karakteristikleri Resim 6: Bir Yürüyen Dalga Tüpünün karakteristikleri Gücün yükseltilmesi Yürüyen Dalga Tüplerinde gerçekte sadece tek bir gerilim yükseltme olayı gerçekleşir. Hat empedansının sabit olması nedeniyle, daha yüksek bir gerilim daha yüksek bir akım yaratır ve her ikisi birlikte daha büyük bir güç meydana getirir. Ulaşılabilir kazanç katsayısı büyük ölçüde aşağıdaki etmenlere bağlıdır: - Yapısal detaylar (örneğin, spiralin uzunluğu) - Manyetik odaklama düzeni, elektron demetine ana eksen boyunca bir kılavuz manyetik alan yaratır ve bir dar demeti haline getirir; - Giriş gücü (Resim. 6 ya bakınız) - Spiralin gerilimi UA2 Resim. 6 da görüldüğü gibi küçük giriş güçleri doğrusal bölgededir ve böylece kazanç yaklaşık 26 dB civarındadır. Eğer giriş gücü daha da arttırılırsa bu kez çıkış gücü artmayacak, yani kazanç katsayısı düşecektir. Giriş işaretlerinin daha da kuvvetli gelmesi durumunda, bir sonraki katı (örneğin, karıştırma katını) doyuma sürüklemeyi engelleyecek bir sınırlama etkisi ortaya çıkar. Bant genişliği Yürüyen Dalga Tüplerinde yükseltme etkisi, bir gecikme hattı üzerinde ilerleyen dalga ile elektron demetinin karşılıklı etkileşmesi ile elde edildiğinden, ulaşılabilir bant genişliği için öncelikle spiralin frekans tepkisi (frequency response) sorumludur. Eğer bu hat uyumlu çalıştırılırsa, o zaman yalnızca bir hat üzerinde frekanstan-bağımsız bir alan dağılımı korunabilir. Bu uyum yalnızca bir sınırlı frekans bandı içinde sürdürülebilir, fakat bir spiralle hâlâ iki oktavdan daha büyük değerler elde etmek mümkündür. Eğer bu hat ilaveten tınlaşım yapabilen parçalara da sahipse, o zaman bant genişliğinin değeri bu parçaların frekans tepkisine bağlı olur. Bu nedenle, bağlaşımlı çınlayıcılardan (coupled-cavity) meydana gelen gecikme hatlı Yürüyen Dalga Tüplerinde bant genişliği merkez frekansın (intermediate frequency) yalnızca % 10 ila 20 si arasındadır. Gürültü katsayısı Yürüyen Dalga Tüplerinin, bir radar alıcısında gürültü katsayısı düşük bir YF-ön yükselteç olarak kullanılması durumunda burada en öne çıkan parametre gürültü katsayısı (noise figure) olur. Bu parametrenin özellikle alıcının duyarlılığı ve radarın en büyük menzili üzerinde çok önemli bir etkisi vardır. Günümüzde kullanılan Yürüyen Dalga Tüplerinde gürültü katsayısı 3 ila 10 dB arasındadır. Bir Yürüyen Dalga Tüpünün özgün gürültüsünün kaçınılamayan üç nedeni şunlardır: - Elektronların katottan rasgele salınımı sonucu Schottky etkisi; - Katottan elektronların salınması sırasında değişik hızları nedeniyle meydana gelen akım dağılım etkisi; - Elektronların ısıl özgün hareketleri ile ortaya çıkan Johnson-Nyquist-Gürültüsü. Gürültü katsayısı büyüklüğü, genellikle Yürüyen Dalga Tüplerinin besleme gerilimiyle doğrudan ilişkilidir. Örneğin, geriliminin en uygun değerinden sadece % 5 lik bir sapma bile gürültü katsayısını yaklaşık iki kat arttırır. Gecikme hattının değişik yapıları Şimdiye kadar bahsetmiş olduğumuz bir spiral biçimli geciktirme hattı yerine farklı yapıya sahip geciktirme hatları da kullanılabilir. Ayrıca; Şerit Dizisi (Ring-Bar), Halka Dizisi (Ring-Loop) ve bağlaşımlı çınlayıcılardan meydana gelen Bağlaşımlı Çınlayıcı Dizisi (Coupled-Cavity) denilen geciktirme hatları da bulunmaktadır. Seçilen gecikme hattının tipinin; kazanç, çıkış gücü ve bant genişliği gibi parametrelerin erişilen değerleri üzerinde çok büyük etkisi vardır. Ters-sarımlı spiral gecikme hattı Şerit dizisi ve halka dizisi tipi gecikme hatlarının geliştirilmesindeki ara adım ters sarımlı spiral gecikme hattıdır (Resim.7 ye bakınız). Bu yapıda ters yönde sarılmış aynı boyutlarda iki adet spiral yer alır. Bu iki spiral, kesiştiği noktalarda birbiriyle temas eder. Bu tür gecikme hattı ters dalgalara karşı daha az duyarlıdır ve dolayısıyla daha yüksek gerilim ve akım ve bunun bir sonucu olarak daha yüksek çıkış gücü elde etmek mümkün olur. Sakıncası ise basit tip spirale göre bant genişliğinin daha az olmasıdır. Halka-dizisi tip gecikme hattı Resim 8: Halka dizisi tip gecikme hattı Bir halka dizisi tip gecikme hattı şeritlerle bağlanmış eş merkezli halkalardan meydana gelir. Bu aygıtların klasik spiralli tip Yürüyen Dalga Tüplerine göre çıkış gücü daha fazladır, ancak merkez frekansının sadece % 5 ila % 15 i aralığında değişen çok daha küçük bant genişliğine sahiptirler ve aynı zamanda halka yüzeylerin enine kapasitansı (transverse capacitance) nedeniyle sınır frekansı yaklaşık 18 GHz gibi daha düşük bir değerdir. Çalışma koşulları altında öne çıkan özelliği, yüksek bağlaşım empedansı ve harmonik oluşumuna karşı daha az duyarlı olmasıdır. Halka dizisi tip gecikme hatlı Yürüyen Dalga Tüpleri 40 ila 60 dB gibi çok yüksek bir kazanca sahiptir. Mekaniksel yapısı biraz daha küçüktür, daha yüksek işletme gerilimi altında çalışabilir, aynı zamanda ters dalgalar sonucu oluşan kendiliğinden uyartım (self-excitation) tehlikesi daha azdır. Resim 9: Şerit çubuk tip gecikme hattı Şerit-halka dizisi tip gecikme hattı Şerit halka dizisi tipi Yürüyen Dalga Tüpleri ters sarılmış spiralden geliştirilmiştir ve halka dizisi tipi Yürüyen Dalga Tüpleri ile aynı karakteristiklere sahiptir. Üretimi basittir, bir ince bakır borunun lazerle hassas kesilmesiyle imal edilebilir. Resim 10: Bağlaşımlı çınlayıcılı (coupled-cavity) tip gecikme hattı Bağlaşımlı-çınlayıcı tip gecikme hattı Böyle bir gecikme hattı, her bir katlamada, uyum (adaptation) için bir ağzın (orifice) bulunduğu, dolambaçlı katlanmış bir dalga kılavuzu gibi düşünülebilir. Bu aslında yayılma hızlarının uyarlanması için kullanılan bir dolambaçlı yoldur. Bağlaşımlı çınlayıcılı Yürüyen Dalga Tüplerinde, gecikme hattı olarak, elektron akımının içinden aktığı ve karşılıklı yarıklar bulunan ve böylece bir bağlaşımlı hattın meydana geldiği, ayarlanabilir kovuklu çınlayıcılar kullanılır. Resim.10 da mavi renkle gösterilen YF-hattı çınlayıcıların bağlaşım yarıklarından zikzak bir yol izleyerek geçer ve böylece kırmızı renkle gösterilen elektron akımı içten sürekli ilerler. Bireysel çınlayıcılarının yüksek kalitesi nedeniyle, bağlaşımlı kovuklu Yürüyen Dalga Tüpü daha yüksek bir güç artışına, daha iyi bir üst sınır frekansına sahiptir, ancak çınlayıcılarının frekansa bağımlı oluşu nedeniyle bant genişliği daha azdır. Bağlaşımlı çınlayıcılı Yürüyen Dalga Tüpleri yaklaşık 25 kW bir sürekli bir güçte 100 kW lık bir darbe gücüne ulaşırlar. Yürüyen Dalga Tüplerin resimleri Resim 11: HADR Radarında kullanılan yüksek güçlü Yürüyen Dalga Tüpü VTR 572B Resim 12: P-37 “Bar Lock” Rus radarında kullanılan düşük güçlü Yürüyen Dalga Tüpü UV-1B (Kiril alfabesi ile: yB-1Б) (Büyütülmüş kısım içinde spiralin 20 turu yer almaktadır.) Kaynak: - Alexander S. Gilmour jr.: ''Principles of Traveling Wave Tubes'', (Eğitim materyali ile birlikte), Mart 2014, ISBN 978-1-4951-0431-2