Klystron-tuubi: Mikä se on? (Tyypit ja sovellukset)

Mikä on klystronputki?

Klystron (tunnetaan myös nimellä klystronputki tai klystronvahvistin) on tyhjiöputki, jota käytetään mikroaaltosignaalien heilahtamiseen ja vahvistamiseen. Se kehitettiin amerikkalaisen sähkötekniikan insinöörien Russellin ja Sigurd Varianin toimesta.

Klystron käyttää elektronisäteen kinettista energiaa. Yleensä alatehoisia klystroneja käytetään heilahtimina ja suurtehoisia klystroneja UHF:n tuliputkeina.

Alatehoisella klystronilla on kaksi konfiguraatiota. Toinen on alatehoisen mikroaaltosignaalin heilahtin (Reflex Klystron) ja toinen on alatehoisen mikroaaltosignaalin vahvistin (Two Cavity Klystron tai Multi Cavity Klystron).

Mikä on Reflex Klystron Heilahtin?

Ennen tämän kysymyksen vastaamista meidän pitää tietää, kuinka heilahtimet luodaan. Heilahtimien luomiseksi tarvitsemme positiivista palautetta ulostulosta syöttöön. Rajoituksena on, että silmukkaeritys on yhtenäinen.

Klystronissa heilahtimet luodaan, jos osa ulostulosta palautetaan syöttökammioon ja säilytetään silmukkaerityksen magnitudi yhtenäisenä. Palautuspolun vaiheero on yksi kierros (2π) tai useampi kierros (2π:n monikerta).

Reflex Klystronin rakennus

Elektronisäde tuodaan katodista. Sitten on anodi, joka tunnetaan fokusoivana anodina tai kiihdyttävänä anodina. Tätä anodia käytetään elektronisäteen kapeuttamiseen. Anodi on yhdistetty DC-virran positiiviseen polaarisuuteen.

Reflex klystronilla on vain yksi kammio, joka on sijoitettu anodin viereen. Tämä kammio toimii ryhmittelykammiona eteenpäin liikkuville elektronille ja nappikammiona taaksepäin liikkuville elektronille.

Nopeuden ja virtauksen modulaatio tapahtuu kammioväliopassa. Väli on yhtä suuri kuin etäisyys 'd'.

Tulosteleva levyn on yhdistetty voltage Vr:n negatiiviseen polaarisuuteen.

Reflex Klystronin toimintaperiaate

Reflex Klystron toimii nopeuden ja virtauksen modulaation perusteella.

Elektronisäde tuodaan katodista. Elektronisäde kulkee kiihdyttävän anodin läpi. Elektronit liikkuvat putkessa tasaisella nopeudella, kunnes ne saavuttavat kammion.

Elektronien nopeus moduloidaan kammioväliopassa, ja nämä elektronit yrittävät saavuttaa tulostelevan levyn.

Tulosteleva levy on yhdistetty virran negatiiviseen polaarisuuteen. Siksi sama polaarisuus vastustaa elektronien voimaa.

Elektronien kinettinen energia vähenee tulostelevan levyn tilassa, ja jossain vaiheessa se tulee nollaksi. Sen jälkeen elektroni vetää takaisin kammioon. Paluumatkalla kaikki elektronit ryhmitetään yhteen pisteeseen.

Ryhmämuodostuksen seurauksena tapahtuu virtauksen modulaatio. Elektronien energia muutetaan RF-muotoon, ja RF-ulostulo otetaan kammion kautta. Klystronin tehokkuuden maksimoimiseksi elektronien ryhmittely tulee tapahtua kammioväliopan keskellä.

Kuinka elektronit liikkuvat klystronputkessa?

Elektronisäde tuodaan putkeen elektronipuskulla (katodi). Nämä elektronit liikkuvat anodin suuntaan tasaisella nopeudella. Sitten elektronit kulkevat kammioväliopan läpi. Elektronien nopeus vaihtelee kammioväliopan jännitteen mukaan.

Jos kammioväliopan jännite on positiivinen, elektronit kiihdytetään, ja jos kammioväliopan jännite on negatiivinen, elektronit hidastetaan. Jos jännite on nolla, elektronien nopeus ei muutu.

Kun elektronit poistuvat kammioväliopasta, niillä on erilaisia nopeuksia, ja nämä elektronit matkustavat tulostelevan levyn tilassa.

Nämä elektronit matkustavat etäisyyden mukaan nopeuden mukaan. Korkeammalla nopeudella elektronit matkustavat pidemmälle ja pienemmällä nopeudella lyhyemmälle tulostelevan levyn tilassa.

Kaikki nämä elektronit palautuvat kammioon ja ryhmitetään kammioväliopan keskelle. Elektronien siirtämä energia kammion kautta tunnetaan RF-ulostulona.

Apple-gate Diagram

Apple-gate diagram on graafi kammioväliopan etäisyydestä ja elektronin kuluttamasta ajasta tulostelevan levyn tilassa.

Eri elektronit seuraavat erilaisia reittejä riippuen niiden nopeudesta. Elektronien nopeus riippuu kammioväliopan jännitteestä.

Otetaan esimerkiksi kolme elektronia. Viiteelektroni (e0) astuu kammioväliopan, kun kammioväliopan jännite on nolla. Siksi nopeus ei muutu. Se matkustaa L