Tubo a Klystron: Cos'è? (Tipi e Applicazioni)
Cos'è un Tubo Klystron?
Un Klystron (anche noto come Tubo Klystron o Amplificatore Klystron) è un tubo a vuoto utilizzato per oscillare e amplificare segnali di frequenza microonda. È stato inventato dagli ingegneri elettrici americani Russell e Sigurd Varian.
Il klystron utilizza l'energia cinetica di un fascio di elettroni. Generalmente, i klystron a bassa potenza vengono utilizzati come oscillatori e quelli ad alta potenza come tubi di uscita in UHF.
Esistono due configurazioni per un klystron a bassa potenza. Una è un oscillatore a microonde a bassa potenza (Klystron Riflessivo) e la seconda è un amplificatore a microonde a bassa potenza (Klystron a Due Cavità o Klystron a Molteplici Cavità).
Cos'è un Oscillatore Klystron Riflessivo?
Prima di rispondere a questa domanda, dobbiamo sapere come vengono generate le oscillazioni. Per generare le oscillazioni, dobbiamo fornire un feedback positivo dall'uscita all'ingresso. Con il vincolo che il guadagno del ciclo sia unitario.
Per un klystron, le oscillazioni si genereranno se una parte dell'uscita viene utilizzata come feedback alla cavità d'ingresso e mantenendo il guadagno del ciclo unitario. Lo spostamento di fase del percorso di feedback è di un ciclo (2π) o multipli cicli (multipli di 2π).
Costruzione del Klystron Riflessivo
Il fascio di elettroni viene iniettato dalla catodo. Poi c'è un anodo, noto come anodo di focalizzazione o anodo acceleratore. Questo anodo viene utilizzato per restringere il fascio di elettroni. L'anodo è collegato con la polarità positiva della sorgente di tensione continua.
Il klystron riflessivo ha solo una cavità, che è posizionata accanto all'anodo. Questa cavità funziona come cavità di gruppo per gli elettroni in movimento in avanti e cavità di cattura per gli elettroni in movimento all'indietro.
La modulazione della velocità e corrente avviene nella fessura della cavità. La fessura è uguale alla distanza 'd'.
La piastra repulsore è collegata con la polarità negativa della sorgente di tensione Vr.
Principio di Funzionamento del Klystron Riflessivo
Il Klystron Riflessivo funziona sul principio della modulazione della velocità e della corrente.
Il fascio di elettroni viene iniettato dalla catodo. Il fascio di elettroni passa attraverso l'anodo acceleratore. Gli elettroni si muovono nel tubo con velocità uniforme fino a quando raggiungono la cavità.
La velocità degli elettroni viene modulata nella fessura della cavità e questi elettroni cercano di raggiungere la piastra repulsore.
La piastra repulsore è collegata con la polarità negativa di una sorgente di tensione. Pertanto, a causa della stessa polarità, oppone la forza degli elettroni.
L'energia cinetica degli elettroni diminuisce nello spazio della piastra repulsore e in un certo punto sarà zero. Dopo ciò, l'elettrone viene riportato indietro nella cavità. E nel viaggio di ritorno, tutti gli elettroni si raggruppano in un punto.
Ci sarà una modulazione della corrente a causa della formazione del gruppo. L'energia degli elettroni viene convertita nella forma di RF e l'uscita RF viene presa dalla cavità. Per la massima efficienza del klystron, il raggruppamento degli elettroni deve avvenire al centro della fessura della cavità.
Come si muovono gli elettroni nel tubo klystron?
Dalla pistola elettronica (catodo), il fascio di elettroni viene iniettato nel tubo. Questi elettroni si muovono verso l'anodo con velocità uniforme. Poi gli elettroni passano attraverso la fessura della cavità. La velocità degli elettroni varia in base alla tensione della fessura della cavità.
Se la tensione della fessura della cavità è positiva, l'elettrone sarà accelerato e se la tensione della fessura della cavità è negativa, l'elettrone sarà decelerato. Se la tensione è zero, la velocità degli elettroni non cambierà.
Quando gli elettroni lasciano la fessura della cavità, tutti gli elettroni hanno diverse velocità e questi elettroni viaggeranno nello spazio della piastra repulsore.
Questi elettroni viaggiano la distanza in base alla velocità. Più alta è la velocità, più lontano viaggerà l'elettrone e più bassa è la velocità, meno lontano viaggerà l'elettrone nello spazio della piastra repulsore.
Tutti questi elettroni torneranno nella cavità e si raggrupperanno al centro della fessura della cavità. L'energia degli elettroni trasferita dalla cavità è nota come uscita RF.
Diagramma Apple-gate
Il diagramma Apple-gate è un grafico tra la distanza dalla fessura della cavità e il tempo impiegato dall'elettrone nello spazio della piastra repulsore.
Diversi elettroni seguono diversi percorsi a seconda delle loro velocità. La velocità degli elettroni dipende dalla tensione della fessura della cavità.
Prendiamo l'esempio di tre elettroni. L'elettrone di riferimento (e0) entra nella fessura della cavità quando la tensione della fessura della cavità è zero. Pertanto, la velocità non cambierà. Viaggia una distanza L0 nello spazio della piastra repulsore e torna ind
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