الهندسة الكهربائية و الالكترونية > اتصالات سلكية ولاسلكية
إلكترونيات الميكروويف
Mgh:
بسم الله الرحمن الرحيم
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 :
* الكلايسترون Klystron
* الماجنترون Magnetron
2- صمامات تستخدم دوائر الموجات البطيئة Slow-wave Circuits
* صمام الموجات المتنقلة Traveling Wave Tube
يتبع ....
Mgh:
أولا : الكلايسترون Klystron
1-الكلايسترون ذو التجويفين :
Mgh:
الشكل السابق يوضح رسم تخطيطى لمكبر من نوع الكلايسترون ذو التجويفين.
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)
Mgh:
طريقة العمل :
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).
Mgh:
تفسير العمل كمكبر
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.
تصفح
[0] فهرس الرسائل
[#] الصفحة التالية
الذهاب الى النسخة الكاملة