Tabung Klystron: Apa Itu? (Jenis dan Aplikasi)

Apa itu Tabung Klystron?

Klystron (juga dikenal sebagai Tabung Klystron atau Amplifier Klystron) adalah tabung vakum yang digunakan untuk mengosilasi dan memperkuat sinyal frekuensi mikro. Diciptakan oleh insinyur listrik Amerika Russell dan Sigurd Varian.

Klystron menggunakan energi kinetik aliran elektron. Umumnya, klystron daya rendah digunakan sebagai osilator dan klystron daya tinggi digunakan sebagai tabung output dalam UHF.

Ada dua konfigurasi untuk klystron daya rendah. Yang pertama adalah osilator mikro daya rendah (Reflex Klystron) dan yang kedua adalah amplifier mikro daya rendah (Two Cavity Klystron atau Multi Cavity Klystron).

Apa itu Oscillator Reflex Klystron?

Sebelum menjawab pertanyaan ini, kita perlu mengetahui bagaimana osilasi dihasilkan. Untuk menghasilkan osilasi, kita perlu memberikan umpan balik positif dari output ke input. Dengan syarat bahwa gain loop adalah satu.

Untuk klystron, osilasi akan terjadi jika sebagian output digunakan sebagai umpan balik ke rongga input dan menjaga magnitudo gain loop tetap satu. Perubahan fase jalur umpan balik adalah satu siklus (2π) atau beberapa siklus (kelipatan 2π).

Konstruksi Reflex Klystron

Aliran elektron disuntikkan dari katoda. Kemudian ada anoda, yang dikenal sebagai anoda fokus atau anoda penggerak. Anoda ini digunakan untuk menyempitkan aliran elektron. Anoda ini terhubung dengan polaritas positif sumber tegangan DC.

Reflex klystron hanya memiliki satu rongga, yang ditempatkan di samping anoda. Rongga ini berfungsi sebagai rongga pengumpul untuk elektron yang bergerak maju dan rongga penangkap untuk elektron yang bergerak mundur.

Modulasi kecepatan dan arus terjadi di celah rongga. Celah tersebut sama dengan jarak 'd'.

Pelat repeller terhubung dengan polaritas negatif sumber tegangan Vr.

Prinsip Kerja Reflex Klystron

Reflex Klystron bekerja berdasarkan prinsip modulasi kecepatan dan arus.

Aliran elektron disuntikkan dari katoda. Aliran elektron melewati anoda penggerak. Elektron bergerak dalam tabung dengan kecepatan seragam hingga mencapai rongga.

Kecepatan elektron dimodulasi di celah rongga dan elektron-elektron ini berusaha mencapai repeller.

Repeller terhubung dengan polaritas negatif sumber tegangan. Oleh karena polaritas yang sama, ia menolak gaya elektron.

Energi kinetik elektron berkurang di ruang repeller dan pada titik tertentu, energi tersebut akan nol. Setelah itu, elektron ditarik kembali ke rongga. Dan dalam perjalanan pulang, semua elektron berkumpul di satu titik.

Akan terjadi modulasi arus karena pembentukan gugus. Energi elektron dikonversi menjadi bentuk RF dan output RF diambil dari rongga. Untuk efisiensi maksimum klystron, pembentukan gugus elektron harus terjadi di pusat celah rongga.

Bagaimana elektron bergerak di dalam tabung klystron?

Dari pistol elektron (katoda), aliran elektron disuntikkan ke dalam tabung. Elektron-elektron ini bergerak menuju anoda dengan kecepatan seragam. Kemudian elektron melewati celah rongga. Kecepatan elektron bervariasi sesuai dengan tegangan celah rongga.

Jika tegangan celah rongga positif, elektron akan dipercepat dan jika tegangan celah rongga negatif, elektron akan diperlambat. Jika tegangan nol, kecepatan elektron tidak akan berubah.

Ketika elektron meninggalkan celah rongga, semua elektron memiliki kecepatan yang berbeda-beda dan elektron-elektron ini akan bergerak di ruang repeller.

Elektron-elektron ini bergerak menurut jarak sesuai dengan kecepatannya. Semakin tinggi kecepatan, elektron akan bergerak lebih jauh dan semakin rendah kecepatan, elektron akan bergerak lebih dekat di ruang repeller.

Semua elektron ini akan kembali ke rongga dan berkumpul di pusat celah rongga. Energi elektron yang ditransfer dari rongga dikenal sebagai output RF.

Diagram Apple-gate

Diagram Apple-gate adalah grafik antara jarak dari celah rongga dan waktu yang dibutuhkan oleh elektron di ruang repeller.

Elektron-elektron berbeda mengikuti jalur yang berbeda tergantung pada kecepatannya. Kecepatan elektron bergantung pada tegangan celah rongga.

Mari kita ambil contoh tiga elektron. Elektron referensi (e0) memasuki celah rongga ketika tegangan celah rongga nol. Oleh karena itu, kecepatan tidak akan berubah. Ia bergerak L0 jarak di ruang repeller dan kembali ke rongga. Karena pelat repeller sangat negatif dan akan menolak energi kinetik elektron.

Elektron yang masuk sebelum e0, elektron ini dikenal sebagai elektron awal (ee). Elektron ini memasuki celah rongga ketika tegangan celah rongga positif. Oleh karena itu, kecepatan elektron akan meningkat. Ia akan bergerak Le jarak dan kembali ke rongga.

Elektron yang masuk setelah e0, elektron ini dikenal sebagai elektron terlambat (el). Elektron ini memasuki celah rongga ketika tegangan celah rongga negatif. Oleh karena itu, kecepatan elektron akan berkurang. Ia akan bergerak L