Klistronski cev: Što je to? (Vrste i primjene)

Što je Klistron Cijev?

Klistron (poznat i kao Klistron Cijev ili Klistron Pojačalo) je vakuum cijev koja se koristi za oscilaciju i pojačanje signala na mikrovalne frekvencije. Izumio ga su američki električni inženjeri Russell i Sigurd Varian.

Klistron koristi kinetičku energiju zračnog toka elektrona. Općenito, niskosnažni klistroni koriste se kao oscilatori, a visokosnažni klistroni kao izlazne cijevi u UHF-u.

Postoje dvije konfiguracije za niskosnažni klistron. Jedna je niskosnažni mikrovalni oscilator (Refleks Klistron) a druga je niskosnažni mikrovalni pojačalo (Dvostrukokavitni Klistron ili Višekavitni Klistron).

Što je Refleks Klistron Oscilator?

Prije odgovora na ovo pitanje, moramo znati kako se generiraju oscilacije. Za generiranje oscilacija, treba dati pozitivnu povratnu vezu s izlaza na ulaz. S ograničenjem da je amplituda petlje povratne veze jedinica.

Za klistron, oscilacije će se generirati ako se dio izlaza koristi kao povratna veza na ulaznu kavitetsku razinu i održava se amplituda petlje povratne veze jedinica. Fazni pomak povratne putanje je jedan ciklus (2π) ili više ciklusa (višestruko 2π).

Konstrukcija Refleks Klistrona

Zračni tok elektrona ubacuje se iz katode. Zatim postoji anoda, poznata kao fokusirajuća anoda ili ubrzavajuća anoda. Ova anoda se koristi za sužavanje zračnog toka elektrona. Anoda je spojena s pozitivnim polom DC napajanja.

Refleks klistron ima samo jednu kavitetsku razinu, koja se nalazi uz anodu. Ova kavitetska razina radi kao bunđer kavitetska razina za unaprijed iduće elektrone i ulovljivačka kavitetska razina za unazad iduće elektrone.

Modulacija brzine i tока događa se u kavitetskom prazninama. Praznina je jednaka udaljenosti ‘d’.

Repeletna ploča spojena je s negativnim polom napajanja Vr.

Načelo rada Refleks Klistrona

Refleks Klistron radi na načelu modulacije brzine i toka.

Zračni tok elektrona ubacuje se iz katode. Zračni tok elektrona prolazi kroz ubrzavajuću anodu. Elektron se kreće unutar cijevi s uniformnom brzinom dok ne dosegne kavitetsku razinu.

Brzina elektrona modulira se u kavitetskoj praznini i ti elektroni pokušavaju doći do repeleta.

Repelet spojen je s negativnim polom napajanja. Stoga, zbog iste polariteta, on suprotstavlja silu elektrona.

Kinetička energija elektrona smanjuje se u prostoru repeleta i u nekom trenutku bit će nula. Nakon toga, elektron se vraća u kavitetsku razinu. A u povratnoj putovanju, svi elektroni se grupiraju u jednu točku.

Doći će do modulacije toka zbog formiranja grupe. Energija elektrona pretvara se u RF oblik i RF izlaz uzima se iz kavitetske razine. Za maksimalnu učinkovitost klistrona, grupiranje elektrona mora se dogoditi u središtu kavitetske praznine.

Kako se elektroni kreću u klistron cijevi?

Iz elektronske puške (katode), zračni tok elektrona ubacuje se u cijev. Ovi elektroni se kreću prema anodi s uniformnom brzinom. Zatim prođu kroz kavitetsku prazninu. Brzina elektrona varira prema naprezanju u kavitetskoj praznini.

Ako je naprezanje u kavitetskoj praznini pozitivno, elektron će se ubrzati, a ako je negativno, elektron će se usporiti. Ako je naprezanje nula, brzina elektrona neće promijeniti.

Kada elektroni napuste kavitetsku prazninu, svi imaju različite brzine i ovi elektroni se kreću u prostoru repeleta.

Ovi elektroni se kreću prema udaljenosti ovisno o brzini. Veća brzina, elektron će se kreći dalje, a manja brzina, elektron će se kreći bliže u prostoru repeleta.

Svi ovi elektroni se vrate u kavitetsku razinu i grupiraju se u središtu kavitetske praznine. Energija koju elektroni prenose iz kavitetske razine poznata je kao RF izlaz.

Apple-gate dijagram

Apple-gate dijagram je graf između udaljenosti od kavitetske praznine i vremena potrebnog elektronu u prostoru repeleta.

Različiti elektroni slijede različite puteve ovisno o svojoj brzini. Brzina elektrona ovisi o naprezanju u kavitetskoj praznini.

Uzmimo primjer tri elektrona. Referentni elektron (e0) uđe u kavitetsku prazninu kada naprezanje u kavitetskoj praznini bude nula. Stoga, brzina neće promijeniti. On putuje L0 udaljenost u prostoru repeleta i vraća se u kavitetsku razinu. Budući da je ploča repeleta jako negativna, ona će protivupostaviti kinetičku energiju elektrona.