Клайстронна тръба: Какво е това? (Типове и приложения)

Какво е клайстронна тръба?

Клайстрон (известен също като клайстронна тръба или клайстронен усилвател) е вакуумна тръба, използвана за осцилиране и усилване на сигналите с микровълнова честота. Той е изобретен от американските електротехници Ръсел и Сигурд Вариан.

Клайстронът използва кинетичната енергия на електронния лъч. Обикновено, клайстроните с ниска мощност се използват като осцилатори, а клайстроните с висока мощност – като изходни тръби в UHF.

Има две конфигурации за клайстрон с ниска мощност. Едната е ниско мощен микровълнов осцилатор (Рефлексен клайстрон) и втората е ниско мощен микровълнов усилвател (Двокавитен клайстрон или Много кавитен клайстрон).

Какво е рефлексен клайстронен осцилатор?

Преди да отговорим на този въпрос, трябва да знаем как се генерират осцилациите. За да се генерира осцилацията, трябва да дадем положителна обратна връзка от изхода към входа. При условие, че петлова придобивка е единица.

За клайстрона, осцилациите ще се генерират, ако част от изхода се използва като обратна връзка към входната кавита и се поддържа петлова придобивка с магнитуд единица. Фазовият сдвиж на обратния път е един цикъл (2π) или многократен цикъл (множител на 2π).

Конструкция на рефлексен клайстрон

Електронният лъч се инжектира от катода. След това има анод, известен като фокусиращ анод или ускоряващ анод. Този анод се използва, за да се съсредоточи електронния лъч. Анодът е свързан с положителната полярност на DC източника на напрежение.

Рефлексният клайстрон има само една кавита, която е поставена до анода. Тази кавита работи като бунчерна кавита за напред движещите се електрони и като ловаческа кавита за назад движещите се електрони.

Модулацията на скоростта и ток се осъществява в разстоянието между кавитите. Разстоянието е равно на 'd'.

Отблъскващата плочка е свързана с отрицателната полярност на напрежението Vr.

Принцип на работа на рефлексен клайстрон

Рефлексният клайстрон работи по принципа на модулация на скоростта и тока.

Електронният лъч се инжектира от катода. Електронният лъч преминава през ускоряващия анод. Електроните се движат в тръбата с равномерна скорост, докато стигнат кавитата.

Скоростта на електроните се модулира в разстоянието между кавитите, и тези електрони се опитват да достигнат отблъскващата плочка.

Отблъскващата плочка е свързана с отрицателната полярност на източник на напрежение. Поради същата полярност, тя противодейства на силата на електроните.

Кинетичната енергия на електроните намалява в пространството около отблъскващата плочка и в някаква точка ще бъде нула. След това, електроните се връщат към кавитата. И по време на обратния път, всички електрони се сгрупират в една точка.

Ще има модулация на тока поради формирането на група. Енергията на електроните се преобразува в форма на RF, и RF изходът се взема от кавитата. За максимална ефективност на клайстрона, групирането на електроните трябва да се случи в центъра на разстоянието между кавитите.

Как се движат електроните в клайстронната тръба?

От електронното оръдие (катод), електронният лъч се инжектира в тръбата. Тези електрони се движат към анода с равномерна скорост. След това електроните преминават през разстоянието между кавитите. Скоростта на електроните варира според напрежението в разстоянието между кавитите.

Ако напрежението в разстоянието между кавитите е положително, електроните ще бъдат ускорени, а ако напрежението е отрицателно, те ще бъдат забавени. Ако напрежението е нула, скоростта на електроните няма да се промени.

Когато електроните напуснат разстоянието между кавитите, всички електрони имат различни скорости и тези електрони ще се движат в пространството около отблъскващата плочка.

Тези електрони се движат на разстояние, което зависи от скоростта. По-високата скорост, електроните ще се движат на по-голямо разстояние, а по-ниската скорост, те ще се движат на по-малко разстояние в пространството около отблъскващата плочка.

Всички тези електрони ще се върнат към кавитата и ще се сгрупират в центъра на разстоянието между кавитите. Енергията, преобразувана от кавитата, е известна като RF изход.

Диаграма на Apple-gate

Диаграмата на Apple-gate е графика между разстоянието от разстоянието между кавитите и времето, необходимо за електроните в пространството около отблъскващата плочка.