33123

طراحي و پياده سازي نسل نويني از لامپ هاي مايكروويو ميلو

دكتري

مهندسي برق

1393

1403/06/21

دكتر احمد چلداوي

--

مهندسي برق

لامپ‌هاي مايكروويو پالسي توان بالاي آينده بايد فشرده، سبك وزن، داراي نرخ تكرار و توانايي نگهداري طولاني مدت ميزان خلاء بالا را بدون استفاده از پمپ هاي حجيم خلاء داشته باشد. نوسان ساز ميلو يك نوع لامپ پرتوان پالسي است كه از نظر ساختاري مي تواند بصورت يك مگنترون خطي كه نياز به ميدان مغناطيسي خارجي براي متمركز كردن پرتو الكتروني ندارد كار كند و اين ويژگي مهم سبب مي‌شود كه ساختار فشرده و كم حجم باشد. ساختارهاي موجود وكلاسيك ميلو عمدتا در رژيم كاري تك پالس كار مي كنند. هدف مطلوب ما يك نوع لامپ ميلو هست كه بتواند در رژيم داراي نرخ تكرار عملكرد مناسبي داشته باشد. ساختار ميلو در رژيم كاري نرخ تكرار پالس داراي مشكلات زيادي نظير افت خلاء، خوردگي قطعات كاتد و آند، شكست عايقي در توان هاي الكتريكي و مايكروويوي بالا، مشكلات استخراج توان مايكروويوي از لامپ است كه تمامي عوامل موجب افت كارايي آن مي شود. هدف از انجام پروژه، طراحي و پياده سازي يك ساختار نوين ميلو براي كار در شرايط رژيم كاري با نرخ تكرار پالس است تا بتوان مشكلات ناشي از نرخ تكرار را كه منجر به افت كارايي لامپ مي شود، كاهش داد. در طرح پيشنهادي، اصلاح ساختار از جنبه هاي مختلف مورد توجه قرار مي گيرد. نوآوري كار ما ارائه يك ساختار جديد لامپ ميلو به منظور بهبود عملكرد لامپ در رژيم كاري تكرار پالس است. بهينه سازي بخش هاي مختلف كاواك به منظور پايدارسازي فركانس نوسان و حذف مدهاي ناخواسته و افزايش ضريب كيفيت كاواك، تطبيق مناسب امپدانس خروجي لامپ، استخراج حداكثري توان مايكروويو توليد شده و انتشار آن در راستاي محور تشعشع آنتن از نوآوريها و دستاوردهاي مهم اين تحقيق مي باشد. طراحي مناسب موجب شده حجم محفظه خلاء ساختار جديد نسبت به لامپ هاي متعارف ميلو به ميزان دو برابر كاهش يابد كه منجر به افزايش سرعت خلاء سازي و بهبود خلاء در لامپ مي شود كه در شرايط نرخ تكرار بسيار حائز اهميت است. از طرفي، وجود ساختار تله الكتروني به شكل متعارف در ميلو در رژيم نرخ تكرار باعث توليد اشعه ايكس و شكست عايقي در خروجي لامپ مي شود كه در ساختار ارائه شده تله الكتروني حذف شده و نقش آن با اصلاح خروجي ساختار جبران و اثرات شكست عايقي به شدت كاهش يافته است. استفاده از يك مبدل مد TEM به مستطيلي در خروجي لامپ، علاوه بر كمك به كاهش محفظه خلاء مزايايي نسبت به مبدل مد TEM به TE11 موجبر دايروي مانند سادگي در ساخت، كاهش تلفات و افزايش راندمان مبدل مد و انعطاف پذيري در شكل دهي الگوي تشعشعي آنتن، قطبش و ديگر قابليت هاي تشعشعي را دارد. توسعه شبيه‌سازيها بصورت دوبعدي و سه‌بعدي براي نزديكتر شدن به حالت واقعي ايده هاي اصلاحي ما را تكميل مي كند. بنابراين، محورهاي اصلي كار عبارت است از: طراحي و ارائه طرح جديد، مدلسازي رايانه اي وارائه طرح قابل ساخت.

1403/12/11

Design and implement a new generation of high power MILO to work in pulse regime with repetition rate

9/11/2025 12:00:00 AM

Future high-power pulsed microwave lamps should be compact, lightweight, have high repetition rates, and be able to maintain high vacuum levels for long periods of time without the use of bulky vacuum pumps. The MILO oscillator is a type of high-power pulsed tube that can structurally operate as a linear magnetron that does not require an external magnetic field to focus the electron beam, and this important feature makes the structure compact . Existing and classic MILO structures mainly in the single shot operating regime. Our desired goal is a type of MILO tube that can perform well in the high repetition rate regime The MILO in the pulse repetition rate operating regime has many problems such as vacuum loss, corrosion of cathode and anode parts, insulation breakdown at high electrical and microwave powers, and problems in extracting microwave power from the tube, all of which cause a decrease in its efficiency. The goal of the project is to design a new MILO structure to operate under pulse repetition rate operating conditions in order to reduce the problems caused by the repetition rate, which leads to a decrease in tube efficiency. In the proposed design, structural modification is considered from various aspects. The innovation of our work is to present a new structure of the MILO in order to improve the performance in the pulse repetition regime. Optimization of various parts of the cavity in order to stabilize the oscillation frequency and eliminate unwanted modes and increase the quality factor of the cavity, proper matching of the tube output impedance, maximum extraction of the generated microwave power and its propagation along the antenna radiation axis are some of the innovations and important achievements of this research. Proper design has caused the vacuum chamber volume of the new structure to be reduced by two times compared to conventional MILO, which leads to an increase in the vacuum generation speed and improvement of the vacuum in the tube, which is very important in the repetition rate conditions. On the other hand, the presence of the electron trap structure in the conventional MILO in the repetition rate regime causes the production of X-rays and insulation breakdown in the tube output, which in the proposed structure the electron trap is eliminated and its role is greatly reduced by modifying the output of the compensation structure and the effects of insulation breakdown. The use of a TEM to rectangular TE10 mode converter, in addition to helping to reduce the vacuum chamber size has advantages over, the TEM to TE11 circular waveguide mode converter such as simplicity in construction, reduced losses and increased efficiency of the mode converter, and flexibility in shaping the antenna radiation pattern, polarization, and other radiation capabilities. The development of simulations in two and three dimensions to get closer to the real state, and improvement ideas completes our work. Therefore, the main axes of the work are: design and presentation of a new design computer modeling, presentation of a manufacturable design.

منابع مايكروويو توان بالا , نوسان گر خط ايزوله شده مغناطيسي , لامپ ميلو , ميلو داراي نرخ تكرا پالس , ساختار كندموج , رابطه پاشندگي , مبدل مد

high power microwave sources , magnetically insulated transmission line oscillator , MILO , repetition rate operation of MILO , slow-wave structure , dispersion relation , mode convertor

Hassan Khadem Kalan

Dr. Ahmad Cheldavi