クリストロン管：何ですか？（種類と応用）

Klystron Tubeとは何か

Klystron（またはKlystron Tube、Klystron Amplifierとも呼ばれる）は、マイクロ波周波数信号を振動および増幅するために使用される真空管です。これはアメリカの電気技術者であるRussellとSigurd Varianによって発明されました。

Klystronは電子ビームの運動エネルギーを使用します。一般的に、低出力のKlystronは発振器として、高出力のKlystronはUHFの出力管として使用されます。

低出力のKlystronには2つの構成があります。一つは低出力マイクロ波発振器（リフレックスKlystron）であり、もう一つは低出力マイクロ波増幅器（二カバチティKlystronまたは多カバチティKlystron）です。

リフレックスKlystron発振器とは何か

この質問に答える前に、振動がどのように生成されるかを理解する必要があります。振動を生成するには、出力から入力への正のフィードバックを与える必要があります。ループゲインが1であるという制約があります。

Klystronの場合、出力の一部が入力キャビティへのフィードバックとして使用され、ループゲインの大きさが1であれば振動が生成されます。フィードバックパスの位相シフトは1周期（2π）または複数周期（2πの倍数）です。

リフレックスKlystronの構造

電子ビームはカソードから注入されます。その後、フォーカスアノードまたは加速アノードと呼ばれるアノードがあります。このアノードは電子ビームを狭めるために使用されます。アノードは直流電圧源の正極性に接続されています。

リフレックスKlystronにはアノードの隣に一つのキャビティしかありません。このキャビティは、前方移動する電子に対してバンチャーキャビティとして、後方移動する電子に対してキャッチャーキャビティとして機能します。

速度と電流の変調はキャビティギャップで行われます。ギャップは距離‘d’に等しいです。

レペラープレートは、電圧源Vrの負極性に接続されています。

リフレックスKlystronの動作原理

リフレックスKlystronは速度変調と電流変調の原理に基づいて動作します。

電子ビームはカソードから注入されます。電子ビームは加速アノードを通過します。電子はキャビティに到達するまで、管内で均一な速度で移動します。

電子の速度はキャビティギャップで変調され、これらの電子はレペラーに向かって移動しようとします。

レペラーは電圧源の負極性に接続されています。そのため、同じ極性により、電子の力を反対します。

電子の運動エネルギーはレペラースペースで減少し、ある時点でゼロになります。その後、電子はキャビティに戻されます。そして帰路では、すべての電子が一点に束ねられます。

束ねによって電流変調が生じます。電子のエネルギーはRF形式に変換され、RF出力はキャビティから取り出されます。Klystronの最大効率を得るためには、電子の束ねがキャビティギャップの中心で行われなければなりません。

電子がKlystron管内でどのように移動するか

電子銃（カソード）から電子ビームが管内に注入されます。これらの電子は均一な速度でアノードに向かって移動します。その後、電子はキャビティギャップを通過します。電子の速度はキャビティギャップ電圧に応じて変化します。

キャビティギャップ電圧が正であれば、電子は加速され、キャビティギャップ電圧が負であれば、電子は減速されます。電圧がゼロであれば、電子の速度は変化しません。

電子がキャビティギャップを離れるとき、すべての電子には異なる速度があり、これらの電子はレペラースペースを通過します。

これらの電子は速度に応じて距離を移動します。速度が高いほど、電子はより遠くまで移動し、速度が低いほど、電子はレペラースペースでより短い距離を移動します。

すべての電子はキャビティに戻り、キャビティギャップの中心で束ねられます。キャビティから電子のエネルギーが転送されたものはRF出力として知られています。

アップルゲート図

アップルゲート図は、キャビティギャップからの距離とレペラースペースでの電子の時間の間のグラフです。

異なる電子は、その速度に応じて異なる経路をたどります。電子の速度はキャビティギャップ電圧に依存します。

三つの電子の例を考えてみましょう。基準電子（e0）は、キャビティギャップ電圧がゼロのときにキャビティギャップに入ります。したがって、速度は変化しません。レペラースペースでL0の距離を移動し、キャビティに戻ります。レペラープレートは非常に負の電位で、電子の運動エネルギーに反対します。

e0よりも前に入る電子は、早期電子（ee）と呼ばれます。この電子は、キャビティギャップ電圧が正のときにキャビティギャップに入ります。したがって、電子の速度は上昇します。Leの距離を移動し、キャビティに戻ります