클리스트론 튜브: 무엇인가? (유형 및 응용분야)

Klystron Tube이란?

Klystron(클리스트론 또는 클리스트론 튜브 또는 클리스트론 증폭기)는 진공관으로, 마이크로파 주파수 신호를 진동시키고 증폭하는 데 사용됩니다. 이는 미국 전기 공학자 Russell과 Sigurd Varian에 의해 발명되었습니다.

클리스트론은 전자빔의 운동 에너지를 사용합니다. 일반적으로 저전력 클리스트론은 발진기로, 고전력 클리스트론은 UHF의 출력 튜브로 사용됩니다.

저전력 클리스트론에는 두 가지 구성이 있습니다. 하나는 저전력 마이크로파 발진기(반사형 클리스트론)이고, 다른 하나는 저전력 마이크로파 증폭기(두 개의 캐비티 클리스트론 또는 다중 캐비티 클리스트론)입니다.

반사형 클리스트론 발진기가 무엇인가요?

이 질문에 답하기 전에, 진동이 어떻게 생성되는지 알아야 합니다. 진동을 생성하려면 출력에서 입력으로 양의 피드백을 제공해야 합니다. 단, 루프 이득이 1이 되어야 합니다.

클리스트론의 경우, 출력의 일부를 입력 캐비티로 피드백하고 루프 이득 크기를 1로 유지하면 진동이 발생합니다. 피드백 경로의 위상 변위는 1주기(2π) 또는 그 배수입니다.

반사형 클리스트론의 구조

전자빔은 카데로부터 주입됩니다. 그런 다음 집속 아노드 또는 가속 아노드라고 알려진 아노드가 있습니다. 이 아노드는 전자빔을 좁히는 데 사용됩니다. 아노드는 DC 전압 소스의 양극성에 연결됩니다.

반사형 클리스트론은 아노드 옆에 있는 한 개의 캐비티만 있습니다. 이 캐비티는 전방으로 이동하는 전자에 대해 번들러 캐비티로, 후방으로 이동하는 전자에 대해 캐처 캐비티로 작용합니다.

캐비티 간격에서 속도와 전류 변조가 발생합니다. 간격은 'd' 거리와 같습니다.

반사판은 전압 소스 Vr의 음극성에 연결됩니다.

반사형 클리스트론의 작동 원리

반사형 클리스트론은 속도 및 전류 변조의 원리에 따라 작동합니다.

전자빔은 카데로부터 주입됩니다. 전자빔은 가속 아노드를 통과합니다. 전자는 캐비티에 도달할 때까지 튜브 안에서 일정한 속도로 이동합니다.

캐비티 간격에서 전자의 속도가 변조되고, 이러한 전자는 반사판에 도달하려고 합니다.

반사판은 전압 소스의 음극성에 연결되어 있으므로, 같은 극성을 가짐으로써 전자의 힘을 반대합니다.

반사판 공간에서 전자의 운동 에너지는 감소하며, 어느 시점에서는 0이 됩니다. 그 후, 전자는 캐비티로 돌아옵니다. 그리고 반환 여행 중 모든 전자가 한 지점에서 집결합니다.

집결로 인해 전류 변조가 발생합니다. 전자의 에너지는 RF 형태로 변환되며, RF 출력은 캐비티에서 취득됩니다. 클리스트론의 최대 효율을 위해서는 전자들의 집결이 캐비티 간격의 중심에서 이루어져야 합니다.

클리스트론 튜브에서 전자가 어떻게 움직이는가?

전자건(카데)에서 전자빔이 튜브에 주입됩니다. 이러한 전자들은 일정한 속도로 아노드 방향으로 이동합니다. 그런 다음 캐비티 간격을 통과합니다. 전자의 속도는 캐비티 간격 전압에 따라 달라집니다.

캐비티 간격 전압이 양수이면 전자는 가속되고, 캐비티 간격 전압이 음수이면 전자는 감속됩니다. 전압이 0이면 전자의 속도는 변하지 않습니다.

캐비티 간격을 떠날 때 모든 전자는 서로 다른 속도를 가지고 있으며, 이러한 전자는 반사판 공간에서 이동합니다.

이러한 전자는 속도에 따라 거리를 이동합니다. 속도가 높을수록 전자는 더 먼 거리를, 속도가 낮을수록 전자는 반사판 공간에서 더 짧은 거리를 이동합니다.

이 모든 전자는 캐비티로 돌아와 캐비티 간격의 중심에서 집결합니다. 캐비티에서 전자의 에너지가 전달되는 것을 RF 출력이라고 합니다.

애플게이트 다이어그램

애플게이트 다이어그램은 캐비티 간격에서의 거리와 반사판 공간에서 전자가 걸리는 시간 사이의 그래프입니다.

다양한 전자는 속도에 따라 서로 다른 경로를 따릅니다. 전자의 속도는 캐비티 간격 전압에 따라 달라집니다.

세 개의 전자를 예로 들어보겠습니다. 기준 전자(e0)는 캐비티 간격 전압이 0일 때 캐비티 간격에 들어갑니다. 따라서 속도는 변하지 않습니다. 이 전자는 반사판 공간에서 L0 거리를 이동한 후 캐비티로 돌아옵니다. 반사판은 매우 음극적이어서 전자의 운동 에너지를 반대합니다.

e