أرسل بواسطة: Mgh في مارس 22, 2003, 09:43:41 مساءاً
ربما تتسائل. ماذا تعنى إلكترونيات الميكروويف ؟ وما الفرق بينها وبين الإلكترونيات العادية؟ ولماذا نحتاجها؟ وكيف تعمل ؟
هذه الأسئلة وغيرها هو ما سأحاول الإجابة عليه لاحقا .
إن الدوائر الإلكترونية التى تراها داخل الأجهزة المنزلية كالتليفزيون والراديو والحاسب والتى تتكون من مقاومات وترانزسترات ودوائر متكاملة وغيرها.. تجد نفسها عاجزة عن العمل فى ترددات عالية كترددات الميكروويف
وذلك بسبب :
1- المكثفات الطفيلية الموجودة فى جميع العناصر والتى كان يمكن إهمالها فى الترددات الصغيرة . أصبحت تسبب مشكلة بظهورها بقوة فى نطاق الميكروويف حيث تقل معاوقتها كثيرا (قد تصل إلى دائرة قصر ) والتى تسحب من القانون
Xc=1/2*pi*Fc
حيث Xc هى معاوقة المكثف
و Pi هو العدد الطبيعى =3,14
و Fc هو التردد الذى نعمل عليه
ويلاحظ أنه كلما زاد التردد كلما قلت المعاوقة
ويمكنك أن تتخيل خطورة الأمر إذا عرفت أنه فى حالة الترددات العالية قد ترى الدائرة أرجل الدائرة المتكاملة وهى متصلة الأرجل (على أرجلها قصر).
2- بعض النظم البطيئة لا يمكنها أن تعطى رد فعل (خرج) وذلك لأن التغير فى الدخل سريعا جدا (كما فى موجات الميكروويف).
3- فى نظم الإتصالات نحتاج قدرة Power كبيرة لنقل موجة بتردد الميكروويف حتى ننقلها لمسافات كبيرة . وقد لا تتحمل العناصر (مثل الترانزستور والدايود العاديين) تلك الحرارة الناشئة عن مرور قدرات عالية فيها.
4-عند ترددات الميكروويف تعمل الوصلات والأجزاء المعدنية الصغيرة كهوائيات تتحول فيها الإشارة الكهربية إلى إنبعاثات موجية.
وفى دراستنا التالية سنتناول نوعين من الإلكترونيات التى تعمل فى الميكروويف وهما :
1- الصمامات Tubes
2- إلكترونيات الحالة الصلبة Solid State Electronics
أولا : الصماماتTubes
معظمنا رأى أو سمع عن الراديوهات أو التليفزيونات التى كانت تعمل بواسطة الصمامات أو كما يسميها الفنيون أحيانا (اللمبات) -وذلك لأنها تشبه المصابيح فى شكلها -
كان ذلك قبل وفى بداية إختراع الترانزستور وإنتشاره حيث كانت تلك الصمامات تقوم بعمل الترانزستور.
وتتركب هذه الصمامات كما بالشكل المرفق من
(أنبوبة زجاجية مفرغة) بداخلها
مصعد (أنود) Anode متصل خارجيا بجهد موجب.
و شبكة Grid متصلة خارجيا بجهد موجب.
و مهبط (كاثود) Cathode متصل خارجيا بجهد سالب.
وطريقة عملها :
1- نتيجة لفرق الجهد الكبير بين الأنود والكاثود تنهار مقاومة الوسط بينهما ويتحرك شعاع من الإلكترونات خارجا من المهبط Cathode (سالب الشحنة) متجها إلى المصعد Anode (موجب الشحنة).
وتكون سرعة الإلكترونات فى هذا الشعاع :
v=(2Ve/m)^1/2
حيث v هو سرعة إلكترون فى الشعاع
و V هو فرق الجهد بين الكاثود والأنود
و e هو شحنة الإلكترون= 1,602* (10^-19) كولوم
و m هى كتلة الإلكترون = 9,107*(10^-31) كجم
وأثناء سريان هذا الشعاع تقوم الشبكة Grid بالتأثير على سرعة الإلكترونات فى هذا الشعاع
فلو كانت شحنة الشبكة سالبة فإنها تبطىء من سرعة الإلكترونات (الشحنات المتشابهة تتنافر).بينما لو كانت موجبة فإنها تسرع من سرعة الإلكترونات (الشحنات المختلفة تتجاذب).
ولكن هذا النوع من الصمامات عجز عن العمل عند ترددات الميكروويف . وكان أكبر تردد يمكن أن يعمل عنده هو Vo/8d
حيث Vo هو جهد المصعد
و d هى المسافة بين الشبكة والمهبط.
لذا فإنه تم التفكير فى صمامات تعمل عند ترددات الميكروويف العالية.والتى يمكنها العمل فى الرادارات وأفران الميكروويف ودوائر الإرسال.
يوجد نوعان من أساسيان من صمامات الميكروويف :
1- صمامات تستخدم التجاويف Cavities مثل :
2- صمامات تستخدم دوائر الموجات البطيئة Slow-wave Circuits
يتبع ....
أرسل بواسطة: Mgh في مارس 25, 2003, 09:23:35 صباحاً
1-الكلايسترون ذو التجويفين :
أرسل بواسطة: Mgh في مارس 25, 2003, 09:25:49 صباحاً
التركيب
يتركب الكلايسترون ذو التجويفين من :
1- مهبط Cathode
وهو الجزء الذى تشع منه الإلكترونات ويوضع عليه جهد سالب ثابت وكبير -Vo
2- المجمع Collector
وهو الجزء الذى يجذب شعاع الإلكترونات إليه وبذلك تغلق الدائرة . ويوضع عليه جهد موجب كبير +Vo
3- المصعد Anode
وهو ذو شحنة موجبه لتسريع الشعاع الإلكترونى وتحفيزه للوصول إلى المجمع.
4- تجويف الدخل Input Cavity
وهو التجويف الذى تدخل من خلاله الإشارة المراد تكبيرها وذلك عن طريق كابل متحد المحور Coaxial-line أو دليل موجى Waveguide aperture . ويعمل هذا التجويف عمل الحزم Bunching و تعديل السرعة Velocity-Modulation للشعاع الإلكترونى عن طريق توليد هذا الشعاع لمجال كهربى داخل هذا التجويف وتكون خطوط هذا المجال موازية لمسار الشعاع مما يسرعه أو يبطئه.
5- تجويف الخرج Output Cavity
وهو التجويف الذى تخرج منه الإشارة المكبرة و يفصله عن التجويف الأول (الحازم) بمسافة L - Drift Space وهذه المسافة تختار ليكون التيار المتجمع فى تجويف الخرج (الناشىء عن مرور الشعاع الإلكترونى المتردد المعدل داخل هذا التجويف) فى قيمته القصوى. وهذا التجويف الثانى يسمى الماسك Catcher.
6- كل هذه العناصر السابقة تكون موضوعة فى أنبوبة زجاجية مفرغة (غير موضحة بالرسم)
أرسل بواسطة: Mgh في مارس 25, 2003, 09:27:12 صباحاً
1- قبل إدخال الإشارة المراد تكبيرها ينشأ شعاع إلكترونى بين الكاثود ذو الشحنة السالبة والمجمع ذو الشحنة الموجبة وويكسبه الأنود الموضوع فى طريقه السرعة الكافية للوصول إلى المجمع.
2- يتم إدخال إشارة الدخل المتردده إلى التجويف الأول والتى تقوم بتوليد مجال كهربى موازى للشعاع الإلكترونى فى المسافة الضيقة dg.
3- يسير الشعاع الإلكترونى المعدل فى سرعته وكثافته مسافة L (وهى المسافة الازمة ليصل التيار إلى قيمته القصوى داخل التجويف الثانى).
4- فى التجويف الثانى يتولد مجال كهربى بفعل مرور الشعاع المعدل.
5- هذا المجال يمكن سحبه فى صورة تيار كهربى مكبر من خلال فتحة أو كابل فى أعلى التجويف الثانى (تجويف الخرج).
أرسل بواسطة: Mgh في مارس 25, 2003, 09:28:38 صباحاً
فى المخطط التالى يمثل المحور الأفقى (الزمن) ويمثل المحور الرأسى (المسافة) التى يقطعها الإلكترونات.
وتمثل الموجة الجيبية (المجال الكهربى داخل التجويف الأول) والذى يتغير طبقا للتغير فى الإشارة الداخلة.
وتمثل النقاط 1و2و3و4و5و6 مجموعة من الإلكترونات التى تمر خلال التجويف الأول والتى تتأثر بالموجة الداخلة.
والملاحظ أن :
الإلكترون (1) يحدث له تأخير بفعل المجال الكهربى الموجود فى إتجاهه
الإلكترون (2) لا يتأثر بالمجال الكهربى حيث كانت قيمته =صفر أثناء مروره
الإلكترون (3) يحدث له تسريع بفعل المجال الكهربى الموجود فى عكس إتجاهه
ورغم أن الإلكترون 1 سبق الإلكترون 2 و3 فى زمن دخوله إلى التجويف الأول إلا أنه بسبب سرعته البطيئة فإن الثلاث إلكترونات تتجمع عند نقطة تبعد مسافة L وهى المسافة التى يوضع عندها التجويف الثانى .
وهذا التغير الكبير فى سرعة الإلكترونات وكثافتها يولد مجال كهربى كبير يمكن تحويله إلى تيار متردد مكبر.
أرسل بواسطة: Mgh في مارس 25, 2003, 09:31:22 صباحاً
ففى حالة تساوى أبعاد التجويفين يتساوى تردد الدخل مع تردد الخرج وتكون النتيجة أن الكلايسترون يعمل كمكبر فقط.
صورة للكليسترون المتعدد التجاويف
مسقط علوى للكلايسترون ذو التجويفين
أرسل بواسطة: فلسطين في مارس 27, 2003, 10:55:22 مساءاً
أرسل بواسطة: Mgh في مارس 30, 2003, 11:16:22 صباحاً
أرسل بواسطة: Mgh في مارس 30, 2003, 11:19:39 صباحاً
ويستخدم تجويف واحد ليقوم بالوظيفتين :
1- عمل تعديل لسرعة الإلكترونات فى الشعاع الإلكترونى
2- كمخرج لإشارة الخرج
والصورة السابقة توضح
تركيبه :
1- مهبط Cathode
وهو الجزء الذى تشع منه الإلكترونات ويوضع عليه جهد سالب ثابت وكبير -Vo
2- المصعد Anode
وهو ذو شحنة موجبه لتسريع الشعاع الإلكترونى وتحفيزه للسير ناحية العاكس .
3- تجويف Cavity
وفيها يحدث تحويل الشعاع الإلكترونى إلى موجات كهربية لأخذها كخرج للمذبذب.
4- العاكس Reflector
وعليه جهد سالب وفائدته عكس شعاع الإلكترونات (سيتم شرحه لاحقا)
فكرة عمله :
1- إن الموجات الكهرومغناطيسية تحيط بنا من جميع الجهات وهذه الموجات يمكن أن نجدها بجميع الترددات (موجات الراديو والتليفزيون والإتصالات اللاسلكية الأخرى وحتى لمبات النيون والمحركات الكهربية والمفاتيح الكهربية والشمس -كل تلك المصادر وغيرها تنتج ما يعرف بالضوضاء البيضاء White noise وهى موجات بها جميع الترددات)
2- نتيجة لوجود هذه الموجات ورغم ضعف قوتها فهى تقوم بإعطاء إشارة البدء فى أى مذبذب فى العالم .
وفى حالتنا فإن التجويف Cavity الوحيد فى الكليسترون العاكس يستغل التردد المناسب له (حسب أبعاده) من هذه الموجات ليحولها إلى مجال كهربى - موازى للشعاع الإلكترونى المار خلال تلك الفجوة.
3- نتيجة لوجود ذلك المجال فإن بعض الإلكترونات سوف تسرع فى حركتها بينما ستبطىء حركة الأخرى ولن تتأثر إلكترونات أخرى مما سيجعلهم يقطعون مسافة واحدة فى أزمنة مختلفة ولكنهم سيتقابلون عند نقطة معينة .
4- عندما تتحرك هذه الإلكترونات السائرة بسرعات مختلفة فى إتجاه العاكس فإنه يعمل على إبطائها (نتيجة لأن شحنته سالبة مثلها) وعند نقطة معينة تنعكس هذه الإلكترونات (كلا حسب سرعته) وتغير إتجاها متجهة ناحية التجويف مرة أخرى لتدخله بإتجاه معاكس .
والزمن الذى تقطعه الإلكترونات من خروجها من التجويف حتى عودتها له يحسب من القانون التالى :
t=2*(m*Vi*dr)/(e*(Vo+Vr)) where |
m هو كتلة الإلكترون
Vi هو سرعة الإلكترون
dr هى المسافة بين العاكس والتجويف
e هى شحنة الإلكترون
ونلاحظ أن هذا الوقت يعتمد على سرعة الإلكترون.
5- يراعى ضبط الجهد Vr وموضع التجويف لتصل الإلكترونات مجمعة عند مركز التجويف . وبذلك يمكن الحصول على مجال كهربى مكبر داخل هذا التجويف .
6- ولوحظ أن زاوية طور هذا المجال مطابقة للمجال الأولى مما يمثل تغذية عكسية موجبة Positive feed back تعمل على إستمرار هذه العملية بصفة مستمرة - ويعمل الجهاز كمذبذب.
وحتى يحدث إتفاق فى الطور بين المجال الناشىء والمجال الأولى يجب أن تعود الإلكترونات إلى التجويف بعد خروجها منه بزمن يتحدد بالقانون التالى :
t=(N+3/4)*1/f |
حيث N=1,2,3,....
7- من المعادلتين السابقتين .
يمكن مساواة الطرف الأيمن لهما لتكوين الشرط اللازم تحقيقه ليعمل الكليسترون العاكس كمذبذب
(N+3/4)*1/f = 2*(m*Vi*dr)/(e*(Vo+Vr)) |
من المعادلة السابقة يلاحظ أن تغيير قيم الجهود المستمرة Vo و Vr يغير من التردد الذى سيعمل عنده المذبذب.
ولكن تأثير تغيير Vr على تغير التردد أكبر من تأثير الجهد Vo على التردد
لأن Vr يتناسب عكسيا مع التردد (كما هو واضح من المعادلة)
وتعرف تلك الطريقة التى يتم فيها تغيير التردد عن طريق تغيير الجهود التنغيم الإلكترونى electronic Tunning
ولكن هذا النوع من التنغيم (تحديد التردد العامل) محدود بعرض النطاق Band width للتجويف. لأن التجويف هو الذى يختار التردد المناسب له من الضوضاء البيضاء فى بداية العمل حسب تردد الرنين له Resonant frequency .
وبالتالى فإن تغيير الVr و Vo يغير التردد فى حدود بسيطة يحددها عرض النطاق للتجويف وهذه الحدود فى حدود الميجاهرتزات
أما إذا أردنا فسحة أكبر فى تغيير التردد فيمكننا تغيير أبعاد التجويف بما يعرف بالتنغيم الميكانيكى Mechanical tunning.
إستخداماته :
1- فى تعديل الإشارة داخل المرسلات Signal Modulation
خاصة فى FM
2- فى قياس معامل الكفاءة Q-factor
3- كسلاح
وذلك بإخراج نبضة واحدة عرضها بالنانوثانية ولكنها تحمل قدرة عالية جدا مما يفسد أى جهاز إلكترونى.
أرسل بواسطة: Mgh في أبريل 06, 2003, 10:32:58 صباحاً
أرسل بواسطة: Mgh في أبريل 06, 2003, 10:35:42 صباحاً
1- أسطوانة مفرغة :
وهى التى تحوى مكونات الجهاز الأخرى . ومفرغة لتقليل جهد إنهيار الوسط بين الكاثود والأنود مما يسمح بتكوين الشعاع الإلكترونى.
2- الكاثود (مصدر الإلكترونات)
3- الأنود
4- المجمع
5- مغناطيس Magnet (كهربى أو مغناطيس عادى)
وفائدته توليد مجال مغناطيسى فى إتجاه سير الإلكترونات مما يمنعها من التشتت .
6- الحلزون الرئيسى Helix
يمتد من أول الصمام إلى نهايته
ويعمل كمرشد للموجة الداخلة (تسير عليه)
اقتباس
الحلزون
(وهو منحنى كلما لف دورة كاملة تقدم للأمام)
(أو هو مسار نقطة تتحرك على سطح إسطوانة)
[\QUOTE]
7- حلزون الدخل
8- حلزون الخرج
9- مخفف attenuator
يقوم بحجب الموجات المنعكسة من المجمع . فيمنع بذلك التغذية العكسية مما يمنع العمل كمذبذب.
ولكن يلاحظ أن تأثير المخفف على الموجة الأمامية قليل حيث تكمل تكبيرها بعد الخروج منه.
العمل :
1- يخرج الشعاع الإلكترونى من الكاثود متجها للمجمع Collector مارا بمحور الحلزون الرئيسى.
2- عن طريق حلزون الدخل يتم إدخال الموجة المراد تكبيرها وتنتقل هذه الموجة من حلزون الدخل إلى الحلزون الرئيسى عن طريق الحث (فيما يعرف بالCoupling) وتسير الموجة الداخلة على سطح الحلزون
3- رغم أن سرعة الموجات الكهرومغناطيسية تساوى سرعة الضوء = 3*10^8 تقريبا ولن بتمريرها بالحلزون فإنها تقطع مسافة كبيرة (دورة واحدة) لتتقدم إلى الأمام (خطوة واحدة).
4- يمكن ضبط هذه المسافة لتصبح سرعة تقدم الموجة فى إتجاه الشعاع الإلكترونى مساوية تقريبا لسرعة شعاع الإلكترونات = 10^6 (إبطاء الموجة)
5- بمرور الشعاع فى مركز الحلزون يتولد فى الحلزون موجة كهرومغناطيسية تعمل على عمل تعديل للسرعة (بالإبطاء أو بالتسريع )للموجة الداخلة Velocity Modulation
وبتغير سرعة الموجة يتولد تيار أكبر فى الحلزون
هذا التيار يولد المزيد من الموجات التى تكبر الموجة الرئيسية
وهكذا
يزيد التيار فيزيد المجال - ويزيد المجال فيزيد التيار
حتى تصل الموجة للخرج مكبرة بنسبة عالية
ملاحظات :- التعديل فى سرعة الموجات هنا يحدث عند كل نقطة من نقاط سطح الحلزون بعكس الكلايسترون حيث كان التعديل يحدث فقط داخل تجويف الدخل.
- للحصول على تكبير كبير يجب زيادة طول الحلزون
مميزاته :
1- كسب عالى High Gain
يصل إلى 60 ديسبل
2- مدى تردد واسع Wide band
حيث يمكنه العمل فى مجال (1 أوكتاف) - أى - إذا كان أقل تردد يمكنه العمل عنده هو F فإن أعلى تردد هو 2f وهو مدى كبير.
بعكس الكلايسترون حيث المدى الترددى محدود بأبعاد التجاويف
3- تكبير خطى Linear amplification
أى أنه يقوم بنفس التكبير حتى لو إختلف التردد
4- كفاءة عالية بالنسبة للصمامات
تصل إلى 50%
والفقد يكون فى صورة حرارة
إستخدامه :
يستخدم فى المستقبلات الحساسة Receivers . وخاصة دوائر الإستقبال فى الأقمار الصناعية حيث يلزم إستقبال إشارات ضعيفة جدا وتكبيرها بأقل تشويش ممكن.
أرسل بواسطة: Mr.Engineer في يناير 10, 2005, 02:30:08 مساءاً
أخي الكريم Mgh
الف شكر على هدا المجهود الاكثر من رائع
أرسل بواسطة: Mgh في يناير 11, 2005, 10:39:41 مساءاً
أرسل بواسطة: abdu205 في يناير 31, 2006, 08:35:38 مساءاً
أرسل بواسطة: زين الزين في يوليو 09, 2006, 10:36:27 مساءاً
و لكن هو الماجنترون وما هي استخدماته وتركيبة
وجزاك الله خيراً
اخوك زين الزين
أرسل بواسطة: ahmed sami ashoosh في سبتمبر 06, 2006, 12:35:18 مساءاً
أرسل بواسطة: ELYSMEEN في سبتمبر 16, 2007, 05:17:34 مساءاً
أرسل بواسطة: سعد الحديثي في أكتوبر 22, 2007, 02:56:28 صباحاً
اخوكم العراقي الجريح
أرسل بواسطة: Xu_Lu في نوفمبر 03, 2007, 12:55:52 مساءاً
أرسل بواسطة: mary christeen في سبتمبر 11, 2008, 03:51:28 مساءاً
كما انني ارغب - طبعا بعد اذنك - في معلومات عن الميكرويف nec و v-sat
الجانب الهندسي لها و تصليح الاعطال بالاظافة الى
أرسل بواسطة: mawaee في أغسطس 27, 2009, 07:13:54 مساءاً
