Yürüyen dalga tüpleri için ayarlanabilir pozitif ve negatif gerilimli geniş bant ızgara modülatör tasarımı
Design of adjustable positive and negative voltage wideband grid modulator for traveling wave tubes
Yazar: NESİMİ ŞAHİNDOKUYUCU
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET KARAKAYA
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Devre elemanları = Circuit elements ; Modülatör = Modulator ; Radar = Radar ; Vakum tüp = Vacuum tubes ; Yürüyen dalgalar = Travelling waves

Özet:
Bir vakum tüpü olan Yürüyen Dalga Tüpleri (YDT) darbeli tip ve sürekli tip radarlarda RF güç yükselteci olarak kullanılmaktadır. YDT'lerin sağlayabileceği çıkış gücü, mevcut herhangi bir katı hal güç kuvvetlendiriciden çok daha fazladır. YDT'nin fiziksel yapısında elektron demetinin geçişini ve durdurulmasını kontrol eden ızgara birimleri bulunmaktadır. Izgara modülatörü, elektron demetinin geçişi için referansı katot gerilim olan pozitif görece yüksek gerilim ve elektron demetinin durdurulması için referansı katot gerilim olan negatif görece yüksek gerilim sağlayacaktır. YDT'inde ızgaranın ihtiyaç duyduğu bu pozitif ve negatif gerilim değerlerinin üretilmesi ve bu gerilimlerin, kullanılacak cihaz tipine göre değişen darbe sinyaline uygun anahtarlanması önem arz etmektedir. Radar gibi yüksek güç gerektiren sistemlerde, RF çıkış sinyalinin zamanlama kontrolü bu pozitif ve negatif gerilimin kontrolü ile ulaşılabilecektir. Bu çalışma içerisindeki Izgara anahtarlama modülatörünün tasarımıyla değişik tip ve güçlerdeki Yürüyen Dalga tüpleri için elektron geçişi ve güç kontrolü sağlanabilecektir. YDT çeşitlerine göre uygulanabilir olması için geniş görev çevrim aralığında ve geniş frekans aralığı için çalışabilmesi amaçlanmıştır. Pozitif ve negatif gerilimlerin 500V ile 100V arasında ayarlanabilmesi ile çoğu YDT'ine uygulanabilecektir. Vakum tüplerinin gerilim, akım ve ızgara giriş empedans karakteristikleri dikkate alınarak Izgara Anahtarlama Modülatörü tasarımı gerçekleştirilmiştir. Tasarlanan ızgara modülatörün yüklü ve yüksüz anahtarlama testleri yapılmış ve yük değişimine karşı kararlı çalışmanın sürdürüldüğü sonuçları elde edilmiştir. Düşük frekans ve geniş görev çevrimi için bir YDT sürebilmeye uygun olduğu gözlemlenmiştir.

Abstract:
Traveling Wave Tubes (TWT), a vacuum tube, are used as RF power amplifiers in pulsed and continuous type radars. The output power TWTs can provide is higher than any existing solid state amplifier. In the structure of the Traveling Wave tubes, there is a grid unit that controls the passing and stopping of the electron beam. The grid modulator provides a positive relatively high voltage with a reference to the cathode voltage to passing the electron beam, and a negative relatively high voltage with a reference to the cathode voltage to stopping the electron beam. It is important to produce these positive and negative voltage values required by the grid in Traveling Wave Tubes and to switch these voltages in accordance with the pulse signal that varies according to the device type to be used. In systems that require high power such as radar, timing control of the RF output signal can be achieved by controlling this positive and negative voltage. In this study, which includes the design of the grid switching modulator, electron transition and power control are provided for different types and power level of Traveling Wave tubes. In order to be applicable according to TWT types, it is intended to work in a wide duty cycle range and wide frequency range.  It will be able to drive various types of Traveling Wave Tubes with the adjustability of positive and negative voltages between 500V and 100V. Grid Modulator design is aimed considering the voltage, current and grid input impedance characteristics of vacuum tubes. Loaded and unloaded switching of the designed grid modulator have been tested and the results have been obtained that stable operation is maintained against load change. It has been observed that it is suitable to drive a YDT for low frequency and wide duty cycle.