Tubo Klystron: Que é? (Tipos e Aplicacións)

Que é unha válvula Klystron?

Un Klystron (tamén coñecido como Válvula Klystron ou Amplificador Klystron) é unha válvula de vacío que se usa para oscilar e amplificar senales de frecuencia de microondas. Foi inventado polos enxeñeiros eléctricos americanos Russell e Sigurd Varian.

O klystron utiliza a enerxía cinética dun feixe de electróns. Xeralmente, os klystrons de baixa potencia usáronse como osciladores e os de alta potencia como tubos de saída en UHF.

Hai dúas configuracións para un klystron de baixa potencia. Unha é un oscilador de microondas de baixa potencia (Klystron Reflexo) e a segunda é un amplificador de microondas de baixa potencia (Klystron de Dúas Cavitades ou Klystron de Múltiples Cavitades).

Que é un oscilador Klystron Reflexo?

Antes de responder a esta pregunta, temos que saber como se xeran as oscilacións. Para xerar as oscilacións, necesitamos dar unha retroalimentación positiva dende a saída á entrada. Coa restrición de que o ganancia do bucle sexa unitaria.

Para un klystron, as oscilacións xeraranse se unha parte da saída úsase como retroalimentación para a cova de entrada e mantense a magnitude da ganancia do bucle unitaria. O desprazamento de fase do camiño de retroalimentación é un ciclo (2π) ou múltiplos de ciclos (múltiplos de 2π).

Construción do Klystron Reflexo

O feixe de electróns inxectase dende o catodo. Despois hai un ánodo, coñecido como ánodo focalizador ou ánodo acelerador. Este ánodo úsase para estreitar o feixe de electróns. O ánodo está conectado coa polaridade positiva da fonte de voltaxe DC.

O klystron reflexo ten só unha cova, que está colocada ao lado do ánodo. Esta cova funciona como cova aglomeradora para os electróns que se moven cara adiante e cova recolectora para os electróns que se moven cara atrás.

A modulación da velocidade e corrente prodúcense na fenda da cova. A fenda é igual á distancia ‘d’.

A placa repulsora está conectada coa polaridade negativa da fonte de voltaxe Vr.

Principio de Funcionamento do Klystron Reflexo

O Klystron Reflexo funciona segundo o principio de modulación de velocidade e corrente.

O feixe de electróns inxectase dende o catodo. O feixe de electróns pasa polo ánodo acelerador. Os electróns moveuse no tubo con velocidade uniforme ata que cheguen á cova.

A velocidade dos electróns modúlase na fenda da cova e estes electróns tentan chegar á placa repulsora.

A placa repulsora está conectada coa polaridade negativa dunha fonte de voltaxe. Polo tanto, debido á mesma polaridade, opónse á forza dos electróns.

A enerxía cinética dos electróns diminúe no espazo da placa repulsora e nun punto será cero. Despois, o electrón volvé á cova. E na via de retorno, todos os electróns agrupanse nun só punto.

Haberá modulación de corrente debido á formación de grupos. A enerxía dos electróns convértese na forma de RF e a saída de RF obtense da cova. Para unha eficiencia máxima do klystron, a formación de grupos de electróns debe producirse no centro da fenda da cova.

Como se moven os electróns no tubo klystron?

Dende o cañón de electróns (catodo), inxéctase o feixe de electróns no tubo. Estes electróns móvense cara ao ánodo con velocidade uniforme. Despois, os electróns pasan pola fenda da cova. A velocidade dos electróns varía segundo a voltaxe da fenda da cova.

Se a voltaxe da fenda da cova é positiva, o electrón acelérase e se a voltaxe da fenda da cova é negativa, o electrón decelérase. Se a voltaxe é cero, a velocidade dos electróns non cambia.

Cando os electróns saen da fenda da cova, todos os electróns teñen diferentes velocidades e estes electróns viaxarán no espazo da placa repulsora.

Estes electróns viaxan a distancia segundo a velocidade. Máis alta a velocidade, o electrón viaxará máis distancia e menor a velocidade, o electrón viaxará menos distancia no espazo da placa repulsora.

Todos estes electróns volverán á cova e agruparanse no centro da fenda da cova. A enerxía dos electróns transferida desde a cova coñécese como a saída de RF.

Diagrama Apple-gate

O diagrama Apple-gate é un gráfico entre a distancia dende a fenda da cova e o tempo que leva o electrón no espazo da placa repulsora.

Diferentes electróns seguen diferentes camiños segundo as súas velocidades. A velocidade dos electróns depende da voltaxe da fenda da cova.

Tomemos o exemplo de tres electróns. O electrón de referencia (e0) entra na fenda da cova cando a voltaxe da fenda da cova é cero. Polo tanto, a velocidade non cambiará. Viaxa a distancia L0 no espazo da placa repulsora e volve á cova. Debido a que a placa repulsora é moi negativa e opóñese á enerxía cinética do electrón.