Page 33 - bilgem-teknoloji-dergisi-13

RADAR TEKNOLOJİLERİ
BİLGEM TEKNOLOJİ

nının elektron demetine nüfuz edebileceği şekilde yapıl- ve toplayıcı. Elektron tabancası, içerisinde elektron kay- elektron öbeği, katot etrafında, anottaki alan deseni ile eş üzerindedir. Katotta kullanılacak malzemelerin hem bu
maktadır. Sinyalin elektrik alanından kaynaklı olarak bazı nağı olan katodu barındırır. Aynı zamanda yayılan elekt- zamanlı bir şekilde dönüyorsa, o zaman öbek, her sefe- sıcaklığa dayanabilmesi hem de istenilen akım yoğunlu-
elektronlar hızlanmakta bazıları ise yavaşlamaktadır ve ron demetini tüp boyunca ilerlemesi için ivmelendirir ve rinde tek oyuğa, oyuktaki salınımı güçlendirecek bir akım ğu değerlerini elde edebilmek için iş fonksiyonlarının ola-
böylece elektronlar öbeklenmektedir. Bu elektron öbek- yavaş dalga yapısı ile uygun etkileşme sağlanması için indükleyecek şekilde ulaşabilmektedir. Magnetronun çıkış bildiğince düşük olması gerekmektedir. Dolayısıyla katot
leri yakınındaki devreden geçerken devrede bir RF akımı odaklar. Manyetik odaklama düzeni, bir dizi mıknatıstan gücü megawattlar olabilmektedir ve %88’e kadar verimli- üretiminde malzeme bilimi büyük rol oynamaktadır. Tablo
indükler ve bu da devre üzerindeki RF alanının genliğinin oluşur ve elektron tabancasının belirli bir çapa sıkıştır- lik değerleri raporlanmıştır [2]. 1’de bazı metallerin iş fonksiyonu ve erime sıcaklıkları ve-
artmasını sağlar. Devredeki bu artış da demetteki öbek- mış olduğu elektron demetini tüp boyunca çapının aynı rilmiştir.
lenme hareketini destekleyecek bir etki yapar. Bu döngü kalmasını sağlamak için odaklamaya devam eder. Yavaş Termiyonik Katot
sırayla devam eder ve sonunda yükseltilmiş sinyal dev- dalga yapısı, RF sinyalini üzerinde taşır ve elektron ile et- Mikrodalga vakum cihazlar birçok önemli bileşenden olu-
reden çekilir. Bir TWT’nin kazancı genellikle 30 ile 50 dB kileşimin sağlanması için RF sinyalinin elektron gidiş doğ- şur ve her bir alt bileşen bünyesinde kendine has kritik Metal İş Fonksiyonu Erime Sıcaklığı
aralığındadır ve bant genişliği %20’den başlayıp 2 oktavın rultusundaki hız bileşenini yavaşlatır. Bunu örneğin helis teknolojiler barındırır. Fakat bu bileşenlerin şüphesiz en [ev] [°C]
üzerine kadar çıkabilmektedir. Çıkış gücü, çok geniş bantlı TWT’lerde RF sinyalin taşındığı telin sarım sayısının uygun önemlisi katottur. Katot, genellikle bir mikrodalga vakum Baryum 2.7 725
TWT’ler için onlarca watt mertebesindeyken, dar bantlı miktarda artırılması sonucunda gerçekleştirir. Son olarak cihazının kullanım ömrünü belirleyen en kritik bileşendir. Kalsiyum 2.9 839
TWT’lerde yüzlerce kilowatt hatta megawatt seviyelerine toplayıcı, gücünün bir kısmını RF sinyaline aktaran “kul- Katot her mikrodalga tüpte yer alan ve elektron demetini
kadar çıkabilmektedir [2]. lanılmış elektronlar”ı frenler ve aynı zamanda enerji geri oluşturan elektronların kaynağı görevini gören bileşendir. Karbon 5.0 ~3550
kazanımı sağlar. Gerçekleşen bu etkileşimler sonucunda Birbirinden oldukça farklı yayınım mekanizmasına sahip Sezyum 2.1 28
Şekil 2, bir helis TWT’nin iç yapısını göstermektedir [3]. yavaş dalga yapısı girişine verilen RF sinyal, çıkış portun- katot çeşitleri bulunmaktadır. Mikrodalga tüplerde kulla-
TWT’nin yapısı dört ana bölümden oluşmaktadır: elektron dan kuvvetlendirilmiş olarak alınır [2]. nılan katotların büyük bir çoğunluğu termiyonik yayınım Molibden 4.5 2620
tabancası, manyetik odaklama düzeni, yavaş dalga yapısı mekanizması ile çalışan katotlardır. Termiyonik katotlarda Osmiyum 5.4 3045
elektron yayınımın oluşması için katodun ısıtılması ge-
reklidir. İki tip termiyonik katot bulunmaktadır. Doğrudan Platin 5.3 1773
ısıtmalı katotta filaman katottur ve elektron yayınımı fila- Renyum 5.1 3180
mandan yapılır. Dolaylı ısıtmalı katotta ise ayrı bir akım ile
beslenen filaman ısıtmadan sorumluyken, elektron yayı- Skandiyum 3.5 1539
nımını yapan elektriksel olarak bağımsız bir metal yüzey Tantal 4.2 2996
bulunmaktadır [4]. Şekil 4’te dolaylı ısıtmalı bir dispenser
katodun iç yapısı görülmektedir [2]. Tungsten 4.6 3410
İş fonksiyonu malzemenin kristal yapısına bağlıdır. Bu
listedekiler ortalama değerlerdir.

Saf metaller incelendiğinde düşük iş fonksiyonuna sahip
olan malzemelerin aynı zamanda düşük erime sıcaklığı-
na sahip oldukları görülmektedir. Örneğin 2.1 ev iş fonk-
siyonuna sahip olan sezyum neredeyse oda sıcaklığında
(28°C) erimektedir. Baryum da oldukça düşük bir iş fonk-
Şekil 2. TWT’nin alt bileşenleri [3] siyonuna sahip olmasına rağmen, katot çalışma sıcaklık-
ları göz önüne alındığında pek de yüksek olmayan bir
erime sıcaklığına (725°C) sahiptir. Fakat baryum, yüksek
Magnetron erime noktasına sahip metaller ile birlikte bulunduğunda
Magnetronlarda elektron kaynağı olan katot merkezde yüzeyin iş fonksiyonunu düşürebilme kabiliyetinden dola-
silindirik bir yapıda bulunmaktadır. Elektron akışı aynı za- yı termiyonik katotlarda sıklıkla kullanılmaktadır. Böylece
manda anot görevi de gören RF devresine doğru radyal Şekil 4. Bir dispenser katodun iç yapısı [2] tungsten ve osmiyum gibi erime noktası yüksek metaller
olarak dışa doğrudur. Magnetronlarda katot-anot arasın- de iş fonksiyonları yüksek olmasına rağmen kullanılabil-
daki elektrik alana dik olacak şekilde bir manyetik alan mektedir [2].
uygulanır. Böylece elektronlar katot etrafında çember çi- Termiyonik yayınım mekanizmasını ilk olarak açıklayan ve
zecek şekilde hareket etmektedirler. Ortamda bir RF alanı bu çalışması ile 1928 Nobel Fizik Ödülü’nü kazanan kişi Farklı katot tipleri incelendiğinde istenilen akım yoğun-
mevcut olduğunda, elektronlar bir otomobil jantı şekline İngiliz fizikçi Owen Willans Richardson’dır. Daha sonrala- luğunun elde edilebilmesi için çok farklı sıcaklık değer-
benzer bir yapıda öbeklenmektedir [2]. Şekil 3’te magnet- rı Rus kimyager Saul Dushman’ın katkılarıyla günümüzde lerine ulaşılması gerektiği görülmektedir. Genellikle çalış-
ronun iç yapısı ve öbeklenmiş elektronlar görülmektedir. kullanılan ve Richardson-Dushman denklemi olarak ad- ma sıcaklığı ne kadar düşükse katodun ömrü de o kadar
Magnetron, RF devresi rezonant oyuklardan oluşan bir landırılan eşitlikte termiyonik katodun akım yoğunluğunu uzun olmaktadır. Katodun ömrü de doğrudan mikrodalga
salınıcıdır. Oyuklar, her bir oyukta üretilen RF manyetik belirleyen değişkenler sıcaklık ve iş fonksiyonudur. Sıcak- vakum cihazının ömrünü belirlemektedir. Bu yüzden ka-
alanının bitişik oyuğa akuple olacak şekilde tasarlanmak- lığın artması akım yoğunluğunu artırırken, malzemenin iş todun çalışma sıcaklığını düşürmeye yönelik yapılan ça-
tadır. Böylece ideal olarak tüm oyuk yapısı bitişik boşluk- fonksiyonu ise tam tersi etki yapmaktadır. İş fonksiyonu lışmalar büyük önem arz etmektedir. Örneğin mikrodalga
lardaki RF elektrik alanının 180° faz dışı olduğu tek bir bir katıdan bir elektron koparabilmek için gerekli olan as- vakum tüp için gereken katot akım yoğunluğu değerini
frekansta rezonansa girer. RF alanı salınırken, alan deseni gari enerjidir. TWT gibi doğrusal demet tüplerinde kul- 10 A/cm2 olarak ele alalım. Saf tungsten kullanıldığında
oyuk boşlukları boyunca katot etrafında döner. Eğer bir lanılan katotların tipik çalışma sıcaklığı 1000°C’nin biraz çalışma sıcaklığı yaklaşık 3000 K olmaktadır. Gözenekli
Şekil 3. Magnetronun iç yapısı ve elektron
öbeklerini gösteren bir benzetim çalışması

30 31