جنس­های آلومینا[2] ، برلیا[3] و آلومینیوم نیترید[4] درنظر گرفته شده و با یکدیگر مقایسه شده­­اند. توزیع دمای بهینه، در حالتی که از سرامیک برلیا به عنوان ایزوله کننده استفاده شود مشاهده گردیده و نتایج با بهره گرفتن از اندازه ­گیری دما در حالت کارکرد عملی اعتبارسنجی شده­است.

  فهرست

عنوان                                                                                                  صفحه                                  

1-  مقدمه……………………………………………………………………………..2

1-1-پیشگفتار 2

1-2-آشنایی با لامپ های مایكروویو. 2

1-3- لامپ TWT. 3

1-4-اهداف تحقیق.. 5

2-  مروری بر تحقیقات پیشین…………………………………………………………9

2-1-پیشینه تاریخی.. 9

3-  روش انجام تحقیق……………………………………………………………….20

3-1- مقدمه. 20

3-2- امتیازات محاسبات تئوری.. 20

3-3- نارسایی های محاسبات تئوری.. 22

3-4-هندسه. 23

4-  معادلات حاکم……………………………………………………………………35

4-1- مقدمه. 35

4-2- شرایط مرزی.. 36

4-3-معادلات حاکم. 37

5-  نتایج…………………………………………………………………………….43

5-1- مقدمه. 43

5-2-محل عبور خطوط.. 47

5-3-نتایج حاصل از شبیه سازی برخورد الکترون ها در نرم افزار CST. 50

5-4-نتایج حاصل از شبیه سازی نمونه شماره 1 در نرم افزار CFX.. 52

5-4-1-جنس سرامیک  از آلومینیوم نیترید  با دمای پایه 40 درجه سانتیگراد (حالت 1) 54

5-4-2-جنس سرامیک  از آلومینیوم نیترید با دمای پایه 50 درجه سانتیگراد (حالت 2) 57

5-4-3-جنس سرامیک  از آلومینیم نیترید  با دمای پایه 70 درجه سانتیگراد (حالت 3) 60

5-4-4-جنس سرامیک  از آلومینیوم نیترید  با دمای پایه 70 درجه سانتیگراد با حرارت ورودی میانگین گیری شده (حالت 4) 64

5-4-5-جنس سرامیک  از آلومینیوم نیترید  با دمای پایه 90 درجه سانتیگراد (حالت 5) 66

5-4-6-جنس سرامیک از آلومینا با دمای سطح کف پایه آلومینیومی برابر با 40 درجه سانتیگراد (حالت 6) 68

5-4-7-جنس سرامیک از آلومینا با دمای کف پایه آلومینیومی 50 درجه سانتیگراد (حالت 7) 71

5-4-8-جنس سرامیک از آلومینا با دمای کف پایه70 درجه سانتیگراد (حالت 8) 74

5-4-9-جنس سرامیک از آلومینا با دمای کف پایه آلومینیومی90 درجه سانتیگراد (حالت 9) 76

5-4-10-جنس سرامیک از آلومینا  با دمای پایه 70 درجه سانتیگراد وحرارت ورودی میانگین (حالت 10) 79

5-4-11-جنس سرامیک از آلومینا با دمای پایه 70 وحرارت ورودی میانگین با هدایت حرارتی ثابت (حالت 11) 81

5-4-12-جنس سرامیک از برلیا با دمای کف پایه آلومینیومی 40 درجه سانتیگراد (حالت 12) 84

5-4-13-جنس سرامیک  از برلیا  با دمای کف پایه آلومینیومی 50 درجه سانتیگراد و استفاده از هدایت حرارتی ثابت (حالت 13). 86

5-4-14-جنس سرامیک  از برلیا  با دمای سطح زیرین پایه 50 درجه سانتیگراد و استفاده از هدایت حرارتی متغیر (حالت 14) 89

5-4-15-جنس سرامیک  از برلیا  با دمای سطح زیرین پایه آلومینیومی برابر با 70  درجه سانتیگراد (حالت 15) 91

5-4-16-جنس سرامیک  از برلیا  با دمای سطح زیرین پایه 70  درجه سانتیگراد با حرارت ورودی میانگین (حالت 16) 95

5-4-17-جنس سرامیک  از برلیا با دمای سطح زیرین پایه برابر 90 درجه سانتیگراد (حالت 17) 98

5-4-18-جنس سرامیک از برلیا با دمای سطح زیرین پایه برابر 50 درجه سانتیگراد و بدون سیستم دیپرس( حالت 18) 100

5-4-19-جنس سرامیک از برلیا با دمای سطح زیرین پایه برابر 50 درجه سانتیگراد و بدون سیستم دیپرس در حالت زمانمند (حالت 19) 102

5-4-20-مقایسه توزیع دما در سرامیک بالایی. 105

5-5-اعتبار سنجی.. 106

5-6-نتایج حاصل از شبیه سازی نمونه شماره 2 در نرم افزار CFX.. 108

5-6-1-جنس سرامیک  از آلومینا با دمای پایه 50 درجه سانتیگراد و ضریب هدایت حرارتی ثابت (حالت 20) 108

5-6-2-جنس سرامیک  از آلومینا با دمای پایه 50 درجه سانتیگراد و ضریب هدایت حرارتی متغیر (حالت 21) 109

5-6-3-جنس سرامیک  از آلومینا با دمای پایه 50 درجه سانتیگراد و ضریب هدایت حرارتی متغیر با توان ورودی میانگین (حالت 22) 110

5-6-4-جنس سرامیک  از آلومینا با دمای پایه 50 درجه سانتیگراد و ضریب هدایت حرارتی متغیر با جنس پایه خنک کننده از مس (حالت 23) 112

 

5-6-5-جنس سرامیک  از آلومینا و ضریب هدایت حرارتی متغیر  و تماس سه وجه پایه با مبدل (حالت 24) 113

5-6-6-جنس سرامیک  از برلیا با دمای پایه 50 درجه سانتیگراد و ضریب هدایت حرارتی ثابت (حالت 25) 114

5-6-7-جنس سرامیک  از برلیا با دمای پایه 50 درجه سانتیگراد و ضریب هدایت حرارتی متغیر (حالت 26) 116

5-6-8-جنس سرامیک  از برلیا با دمای پایه 50 درجه سانتیگراد و ضریب هدایت حرارتی متغیر با توان میانگین ورودی (حالت 27) 118

5-6-9-جنس سرامیک  از برلیا و ضریب هدایت حرارتی متغیر  و تماس سه وجه پایه با مبدل (حالت 28) 119

5-6-10-جنس سرامیک  از آلومینا با دمای پایه 50 درجه سانتیگراد و ضریب هدایت حرارتی متغیر با مقاومت تماسی اندک (حالت 29) 121

5-6-11-جنس سرامیک  از آلومینا با دمای پایه 50 درجه سانتیگراد و ضریب هدایت حرارتی متغیر با مقاومت تماسی زیاد(حالت 30) 121

5-6-12-جنس سرامیک  از آلومینا با دمای پایه 50 درجه سانتیگراد و ضریب هدایت حرارتی متغیر با مقاومت تماسی زیاد و در نظر گرفتن تابش (حالت 31) 123

5-6-13-پوشش (کوتینگ) سرامیک ها با نیکل. 125

5-6-14-جنس سرامیک  از آلومینا با دمای پایه 50 درجه سانتیگراد و ضریب هدایت حرارتی متغیر در حالت بهینه. 126

5-7-جمع بندی و نتیجه گیری.. 127

5-8-پیشنهادات.. 129

6-  مراجع………………………………………………………………………….130

 

پیشگفتار

امروزه امواج مایکروویو علاوه بر اینکه بیشتر از 60% سیستم­های راداری را در بر می­گیرد، در مواردی مانند ارتباطات هوانوردی، هواشناسی، دریا نوردی، ماهواره­های ارتباطی، ماهواره­های سنجش از راه دور، تشخیص پزشکی و وسایل صنعتی نقش عمده­ای دارد ]1 .[

امواج مایکروویو پس از برخورد با یک ماده، یا منعکس می­شوند، یا عبور می­ کنند، یا جذب ماده می­شوند و یا ترکیبی از عبور و جذب و انعکاس امواج رخ می­دهد. این امواج اگر به سطح فلزات برخورد کنند، منعکس خواهند شد، از شیشه و پلاستیک عبور می­ کنند و موادی که حاوی آب هستند، مانند غذاها و بدن انسان، انرژی این امواج را جذب و به حرارت تبدیل می­ کنند، لذا قرار گرفتن در معرض تابش مستقیم امواج ماکروویو می ­تواند موجب سوختگی­های عمیق بافتی شود ]1 .

1-2-آشنایی با لامپ­های مایكروویو

لامپ مایکروویو اصطلاحا به دستگاهی گفته می­شود که جهت تقویت، یا تولید و تقویت امواج مایکروویو بکار می­رود. اولین لامپ مایکروویو در دهه ۱۹۳۰ در انگلیس ساخته شد و سپس از آن در ساخت و توسعه سیستم رادار در خلال جنگ جهانی دوم استفاده شد. لامپ‌ها برای تولید توان‌های بسیار بالا (۱۰ کیلو وات تا ۱۰ مگا وات) و فرکانس‌های بالای امواج میلی متری (۱۰۰ گیگا هرتز و بالاتر) لازم و ضروری می‌باشند]1[.

لامپ­های مایکروویو انواع مختلفی دارند که از جمله آن­ها می­توان، لامپ مگنترون­(Magnetron)، لامپ کلایسترون (Klystron) و لامپ  موج رونده (Traveling Wave Tube) که به اختصار TWT نامیده می­شود، را نام برد. برخی از لامپ­های مایكروویو فقط عمل تقویت را انجام می­دهند، مانند TWT و كلایسترون، و برخی دیگر مانند مگنترون، عمل تولید و تقویت سیگنال را همزمان به عهده دارند ]1 .

1-3- لامپ [1] TWT

این لامپ از سه قسمت اصلی؛ تفنگ الکترونی، ساختار موج آهسته و کلکتور  تشکیل شده است (شکل ‏1‑1). قسمت اول، یعنی تفنگ الکترونی (الکترون گان)، وظیفه­ی گسیل کردن الکترون­ها را به عهده دارد. الکترون­ها پس از اینکه در قسمت گان تولید شدند، وارد قسمت دوم سیستم؛ ساختار موج آهسته؛ که در وسط آن هلیکس قرار دارد، می­شوند. ازطرفی دیگر، موج [2]RF را به وسیله­ی کانکتور وارد هلیکس می­ کنند (کانکتور یکی از قسمت­های نسبتا مهم TWT می­باشد که بعد از هلیکس و قبل از کلکتور قرار دارد و وظیفه­ی انتقال توان از هلیکس به بیرون را دارد). در هلیکس در اثر برهمکنش الکترون­ها و موج RF، تقویت موج انجام می­شود. در این قسمت الکترون­ها تنها بخشی از انرژی خود را به موج RF منتقل کرده و وارد قسمت سوم سیستم، یعنی کلکتور می­شوند. در این قسمت الکترون­ها باقیمانده انرژی خود را به کلکتور می­ دهند که این امر باعث افزایش دمای کلکتور می­گردد. با توجه به ساختار پیچیده­ کلکتور و وجود مواد مختلف در آن و فرایندهای مختلف ساخت، تحلیل حرارتی کلکتور از اهمیت ویژه­ای برخوردار است ]2 .[

لامپ­های TWT بر اساس جفت شدن پرتو الكترونی با میدان RF در ساختار موج آهسته [3](SWS) كار می­كنند. میدان­های الكتریكی و مغناطیسی می­بایست درفضای داخل لامپ با یكدیگر موازی باشند و در نتیجه حركت الكترون­ها خطی و در امتداد محور هلیکس است، به همین دلیل، این نوع لامپ­ها را لامپ­های خطی نیز می­نامند. از طرف دیگر چون الکترون­ها در فضای موج آهسته RF حركت می­كنند، لذا این لامپ­ها را، لامپ­های موج رونده  (TWT) نیز می­گویند ]2 .[

شکل ‏1‑1 ساختار یک لامپ TWT ]1 .[

شکل ‏1‑2- مسیر عبور الکترون­ها در یک لامپ TWT ]1 .

1-4-اهداف تحقیق

همانگونه که ذکر شد الکترون­ها پس از اینکه در الکترون­گان تولید شدند، از قسمت میانی سیستم گذشته و وارد قسمت سوم، یعنی کلکتور می­گردند. وظیفه­ی کلکتور جمع آوری