Tubong Klystron: Ano ito? (Mga Uri at Paggamit)

Ano ang Klystron Tube?

Ang Klystron (kilala rin bilang Klystron Tube o Klystron Amplifier) ay isang vacuum tube na ginagamit upang i-oscillate at i-amplify ang mga microwave frequency signals. Ito ay inimbento ng mga Amerikanong electrical engineers na sina Russell at Sigurd Varian.

Ginagamit ng klystron ang kinetic energy ng electron beam. Karaniwan, ang mga low-power klystrons ay ginagamit bilang oscillators at ang high-power klystrons ay ginagamit bilang output tubes sa UHF.

May dalawang konfigurasyon para sa isang low-powered klystron. Ang isa ay isang low-power microwave oscillator (Reflex Klystron) at ang ikalawa ay isang low-power microwave amplifier (Two Cavity Klystron o Multi Cavity Klystron).

Ano ang Reflex Klystron Oscillator?

Bago sagutin ang tanong na ito, kailangan nating malaman kung paano nabubuo ang mga oscillations. Upang mabuo ang mga oscillations, kailangan nating ibigay ang positive feedback mula sa output patungo sa input. Sa kondisyon na ang loop gain ay unity.

Para sa klystron, ang mga oscillations ay bubuo kung bahagi ng output ay ginagamit bilang feedback sa input cavity at panatilihin ang loop gain magnitude unity. Ang phase shift ng feedback path ay isang cycle (2π) o maraming cycles (multiple of 2π).

Konstruksyon ng Reflex Klystron

Ang electron beam ay ini-inject mula sa cathode. Pagkatapos, may anode, kilala bilang focusing anode o accelerating anode. Ginagamit ang anode na ito upang mapapikit ang electron beam. Ang anode ay konektado sa positive polarity ng DC voltage source.

Ang reflex klystron ay may lamang isang cavity, na nakalagay sa tabi ng anode. Gumagana ang cavity na ito bilang buncher cavity para sa mga forward-moving electrons at catcher cavity para sa backward moving electrons.

Ang velocity at current modulation ay nangyayari sa cavity gap. Ang gap ay katumbas ng distansya ‘d’.

Ang repeller plate ay konektado sa negative polarity ng voltage source Vr.

Pamamaraan ng Paggana ng Reflex Klystron

Ang Reflex Klystron ay gumagana batay sa prinsipyo ng velocity at current modulation.

Ini-inject ang electron beam mula sa cathode. Ang electron beam ay lumilipad sa pamamagitan ng accelerating anode. Lumilipad ang electron sa tube na may uniform velocity hanggang ito ay makarating sa cavity.

Nakamodulate ang velocity ng mga electron sa cavity gap at sinusubukan ng mga electron na marating ang repeller.

Konektado ang repeller sa negative polarity ng voltage source. Dahil dito, dahil sa parehong polarity, ito ay sumusunod sa pwersa ng mga electron.

Nababawasan ang kinetic energy ng mga electron sa repeller space at sa ilang punto, ito ay magiging zero. Pagkatapos, tinatawag ang electron pabalik sa cavity. At sa pagbabalik, lahat ng mga electron ay napupunta sa isang punto.

Makakamit ang current modulation dahil sa formation ng bunch. Ang enerhiya ng mga electron ay inililipat sa anyo ng RF at ang RF output ay kinukuha mula sa cavity. Para sa pinakamahusay na epekibilidad ng klystron, ang bunching ng mga electron ay dapat mangyari sa gitna ng cavity gap.

Paano Kumikilos ang mga Electron sa Klystron Tube?

Ini-inject ang electron beam mula sa electron gun (cathode) sa tube. Ang mga electron na ito ay lumilipad patungo sa anode na may uniform velocity. Pagkatapos, ang mga electron ay lumilipad sa pamamagitan ng cavity gap. Naiiba ang velocity ng mga electron depende sa cavity gap voltage.

Kung positibo ang cavity gap voltage, ang electron ay ma-accelerate at kung negatibo ang cavity gap voltage, ang electron ay ma-decelerate. Kung zero ang voltage, hindi magbabago ang velocity ng mga electron.

Kapag lumabas ang mga electron mula sa cavity gap, mayroon silang iba't ibang velocities at ang mga electron na ito ay lalakad sa repeller space.

Lumilipad ang mga electron depende sa velocity. Mas mataas ang velocity, mas malayo ang electron sa repeller space at mas mababa ang velocity, mas maliit ang distance na lilipad ng electron sa repeller space.

Lalabas at babalik ang lahat ng mga electron sa cavity at bunched sa gitna ng cavity gap. Ang enerhiya ng mga electron na inililipat mula sa cavity ay kilala bilang RF output.

Apple-gate Diagram

Ang Apple-gate diagram ay isang graph sa pagitan ng distansya mula sa cavity gap at ang oras na ginugol ng electron sa repeller space.

Depende sa kanilang velocities, ang iba't ibang electrons ay sumusunod sa iba't ibang paths. Ang velocity ng mga electron ay depende sa cavity gap voltage.

Isaisip ang halimbawa ng tatlong electrons. Ang reference electron (e0) ay pumapasok sa cavity gap kapag ang cavity gap voltage ay zero. Dahil dito, hindi magbabago ang velocity. Ito ay lalakad L0 distance sa repeller space at bumabalik sa cavity. Dahil ang repeller plate ay sobrang negative at ito ay laban sa kinetic energy ng electron.