Ku bant yürüyen dalga tüpü tasarımı
Ku band traveling wave tube design
Yazar: MEHMET İZMİR
Danışman: DOÇ. DR. SERKAN ŞİMŞEK
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Telekomünikasyon Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Mikrodalga yükselteç = Microwave amplifier

Özet:
Yavaş dalga yapısı, yürüyen dalga tüpünün performansını etkileyen en önemli bölümdür. Yapılan uygulamanın türüne göre yürüyen dalga tüplerinde kullanılan çeşitli yavaş dalga yapıları bulunmaktadır. Örneğin; yüksek güç gerektiren uygulamalarda kuple rezonatör kullanılırken, yüksek bant genişliği gerektiren uygulamalarda helis kullanılmaktadır. Bu çalışmada helis tipi yavaş dalga yapısı, analitik ve üç boyutlu benzetim programı kullanılarak istenen hedefler doğrultusunda tasarlanmaktadır. Tasarım aşamasında yavaş dalga yapısının bazı parametreleri, istenen hedefler doğrultusunda ilk değer parametre hesaplama prosedürü ile hesaplanır. Diğer parametreler ise arzu edilen dielektrik yüklemeyi verecek şekilde uygun biçimde seçilmektedir. Bu aşamada, bant genişliğini artırmak ve dispersiyon eğrisini düzleştirmek için helis yavaş dalga yapısına metal vanalar eklenmektedir. Geometrik parametreler belirlendikten sonra dispersiyon bağıntılarına ilişkin analitik denklemler MATLAB ortamında kodlanarak, helis yavaş dalga yapısına ait faz hızı ve etkileşim empedansı eğrileri elde edilmektedir. Bunun yanında CST elektromanyetik benzetim programı kullanılarak ilgili geometrik parametrelere karşılık gelen grafikler, MATLAB ile çizdirilen eğriler ile karşılaştırılmaktadır. Ayrıca, elektronlar ile helis üzerinde ilerleyen dalganın etkileşimini incelemek için CST programında hücrede parçacık analizi yapılmaktadır. Bu benzetim sonucunda yürüyen dalga tüpüne ait çıkış gücü, kazanç ve elektron kümelenme hareketleri gözlemlenmektedir.

Abstract:
Slow wave structure is the most important component that affects the performance of traveling wave tube. There are several slow wave structures according to the type of application. For instance; while it is used as coupled cavity when high power is required, it is used as helix when high bandwidth is required. In this study, helix type slow wave sturcture is designed analytically and 3-D electromagnetic simulation program is used to accomplish the desired goal. In the design process, some parameters of slow wave structures are calculated in accordance with the intended goal by using initial value parameter calculation procedure. The other parameters are selected properly to give the aimed dielectric loading. In this step, metal vanes are appended to the slow wave structure to increase the bandwidth and to obtain flat dispersion curve. In the absence of electrons, cold test analyzes are performed to determine the dispersion characteristics of the slow wave structure. Examination of variation of the phase velocity and the interaction impedance with respect to frequency provides important information on the interaction of the slow wave structure with the electrons. For this purpose, phase velocity and interaction impedance curves of helix slow wave structure are plotted by coding the analytical equations of dispersion relation in MATLAB after the determination of the geometrical parameters. Besides, graphs corresponding to the related geometric parameters are obtained in CST environment and then the results are compared with the curves plotted with MATLAB. Additionally, particle in cell analysis is performed in CST program to examine the interaciton between electrons and waves propagating on helix. In this analysis, output power, gain and electron bunching movement of traveling wave tube are observed.