Klystron csöv: Mi az? (Típusok és alkalmazások)

Mi a klystron csöv?

A klystron (más néven klystron cső vagy klystron erősítő) egy vakuumcső, amelyet mikrohullámú jelokszilláláshoz és -erősítéséhez használnak. Az amerikai elektromos mérnökök Russell és Sigurd Varian találták fel.

A klystron az elektron sugár kinetikus energiáját használja. Általában, a nagy teljesítményű klystronok UHF-es kimeneti csőként használatosak, míg a kevés teljesítményűek oszcillátorként szolgálnak.

Van két konfiguráció a kevés teljesítményű klystronnak. Az egyik a kevés teljesítményű mikrohullám-oszcillátor (Reflex Klystron), a másik pedig a kevés teljesítményű mikrohullám-erősítő (Két Részecske Klystron vagy Több Részecske Klystron).

Mi a Reflex Klystron Oszcillátor?

Mielőtt ezt a kérdést megválaszolnánk, tudnunk kell, hogyan jönnek létre az oszcillációk. Az oszcillációk generálásához pozitív visszacsatolást kell adnunk a kimenetről a bemenetre. A feltétel, hogy a huroknyereség egységnyi legyen.

Egy klystronnál az oszcillációk akkor jönnek létre, ha a kimeneti részét visszacsatoljuk a bemeneti részhöz, és a huroknyereség abszolút értéke egységnyi. A visszacsatolási út fáziseltolása egy ciklus (2π) vagy több ciklus (2π többszöröse).

Reflex Klystron szerkezete

Az elektron sávot a katódából szükségbe veszik. Utána van egy anóda, amit fókuszáló anóda vagy gyorsító anóda neveznek. Ez az anóda arra szolgál, hogy szűkítsék az elektron sávot. Az anóda a DC feszültség forrásának pozitív pólussal van összekötve.

A reflex klystronban csak egy rezgőrésze van, amely az anódán mellett helyezkedik el. Ez a rezgőrész szolgál összefogó rezgőrésznek az előrefelé haladó elektronok számára, és fogó rezgőrésznek a hátrafelé haladó elektronok számára.

A sebesség és áram moduláció a rezgőrész régiójában történik. A régió távolsága 'd'.

A visszafordító lemez a feszültség forrás Vr negatív pólussal van összekötve.

Reflex Klystron működési elve

A Reflex Klystron a sebesség és áram moduláció elvére alapszik.

Az elektron sávot a katódából szükségbe veszik. Az elektron sáv átmegy a gyorsító anódan. Az elektron a csőben egyenletes sebességgel halad, amíg eléri a rezgőrészt.

Az elektronok sebessége a rezgőrész régiójában modulálódik, és ezek az elektronok megpróbálnak elérni a visszafordító lemezt.

A visszafordító lemez a feszültség forrásának negatív pólussal van összekötve. Emiatt ugyanolyan polaritás miatt ellenzi az elektronok erőt.

Az elektronok kinetikus energiája a visszafordító térségben csökken, és valamikor nulla lesz. Ezen a ponton az elektron visszahúzódik a rezgőrészhez. A visszafordító úton az elektronok egy ponton egyesülnek.

Az elektronok egyesülése miatt lesz árammoduláció. Az elektronok energiaja RF formában kerül átalakításra, és az RF kimenet a rezgőrészről kerül lekérdezésre. A klystron maximális hatékonysághoz az elektronok egyesülése a rezgőrész közepén kell történjen.

Hogyan mozognak az elektronok a klystron csövben?

Az elektron sávot a katódából szükségbe veszik a csőbe. Ezek az elektronok egyenletes sebességgel haladnak az anódán felé. Azután az elektronok átmegynek a rezgőrész régióján. Az elektronok sebessége változik a rezgőrész feszültségének megfelelően.

Ha a rezgőrész feszültsége pozitív, az elektronok gyorsulnak, ha a rezgőrész feszültsége negatív, az elektronok lassulnak. Ha a feszültség nulla, az elektronok sebessége nem változik.

Amikor az elektronok elhagyják a rezgőrész régiót, minden elektron különböző sebességgel rendelkezik, és ezek az elektronok a visszafordító térségben haladnak tovább.

Ezek az elektronok a sebességüknek megfelelő távolságot tesznek meg a visszafordító térségben. Minél nagyobb a sebesség, annál nagyobb távolságot tesz meg az elektron, minél kisebb a sebesség, annál kevesebb távolságot tesz meg a visszafordító térségben.

Az összes elektron visszatér a rezgőrészhez, és a rezgőrész közepén egyesül. Az elektronok által a rezgőrészről átadott energia az RF kimenet.

Apple-gate Diagram

Az Apple-gate diagram a rezgőrész régiójától mért távolság és az elektronok által a visszafordító térségben eltöltött idő közötti grafikon.

Az elektronok különböző utakat követnek a sebességük alapján. Az elektronok sebessége a rezgőrész feszültségétő