Klystronrør: Hva er det? (Typer og anvendelser)

Hva er et Klystron-rør?

Et Klystron (også kjent som et Klystron-rør eller Klystron-forsterker) er et vakuumrør som brukes til å oscillere og forsterke mikrobølgesignaler. Det ble oppfunnet av de amerikanske elektriske ingeniørne Russell og Sigurd Varian.

Et klystron bruker kinetisk energi fra en elektronstråle. Generelt brukes laveffektige klystroner som oscillatorer, mens høyeffektige klystroner brukes som utgangsrør i UHF.

Det finnes to konfigurasjoner for et laveffektig klystron. Den ene er en laveffektig mikrobølgeoscillator (Reflex Klystron), og den andre er en laveffektig mikrobølgeforsterker (To-hull-klystron eller Flere-hull-klystron).

Hva er en Reflex Klystron Oscillator?

Før vi svarer på dette spørsmålet, må vi vite hvordan oscillasjonene genereres. For å generere oscillasjonene, må vi gi positiv tilbakemelding fra utgangen til inngangen. Med begrensningen at sløyfeforsterkningen er enhetlig.

For et klystron vil oscillasjonene genereres hvis en del av utgangen brukes som tilbakemelding til inngangskavitten, og man beholder sløyfeforsterkningens størrelse enhetlig. Faseforskyvningen av tilbakemeldingsbanen er en syklus (2π) eller flere sykluser (multiplum av 2π).

Konstruksjon av Reflex Klystron

Elektronstrålen injiseres fra katoden. Deretter er det en anode, kjent som fokusanode eller akselererende anode. Denne anoden brukes for å forminske elektronstrålen. Anoden er koblet til den positive polariteten av DC-strømforsyningen.

Reflex klystronen har bare én kavitet, som plasseres ved siden av anoden. Denne kavitten fungerer som en sammenflettelseskavitt for fremoverbevegende elektroner og fangstkavitt for bakoverbevegende elektroner.

Fart- og strømmodulering skjer i kavittgappen. Gappen er lik avstanden ‘d’.

Repellerplaten er koblet til den negative polariteten av spenningsforsyningen Vr.

Arbeidsprinsipp for Reflex Klystron

Reflex Klystron fungerer etter prinsippet om fart- og strømmodulering.

Elektronstrålen injiseres fra katoden. Elektronstrålen passerer gjennom akselererende anode. Elektronene beveger seg i rør med uniform fart inntil de når kavitten.

Farten til elektronene moduleres i kavittgappen, og disse elektronene prøver å nå repelleren.

Repelleren er koblet til den negative polariteten av en spenningforsyning. Derfor motarbeider den samme polariteten kraften fra elektronene.

Kinetisk energi hos elektronene minker i repellerspace, og på et tidspunkt vil den være null. Etter det trekkes elektronene tilbake til kavitten. I returflyttingen grupperes alle elektronene på ett punkt.

Det vil være strømmodulering på grunn av gruppeformasjonen. Energien til elektronene konverteres til RF-form, og RF-utgang tas fra kavitten. For maksimal effektivitet av klystronen, må gruppeformasjonen av elektronene skje i midten av kavittgappen.

Hvordan beveger elektronene seg i klystronrøret?

Fra elektronkanonen (katode) injiseres elektronstrålen i røret. Disse elektronene beveger seg mot anoden med uniform fart. Deretter passerer elektronene gjennom kavittgappen. Farten til elektronene varierer i henhold til spenningen i kavittgappen.

Hvis spenningen i kavittgappen er positiv, vil elektronene akselereres, og hvis spenningen i kavittgappen er negativ, vil elektronene dekelereres. Hvis spenningen er null, vil farten til elektronene ikke endres.

Når elektronene forlater kavittgappen, har alle elektronene ulike farter, og disse elektronene vil reise i repellerspace.

Disse elektronene reiser avstander i henhold til farten. Jo høyere fart, jo lenger vil elektronet reise, og jo lavere fart, jo kortere vil elektronet reise i repellerspace.

Alle disse elektronene vil returnere til kavitten og grupperes i midten av kavittgappen. Energien overført fra elektronene til kavitten kalles RF-utgang.

Applegate-diagram

Applegate-diagram er et graf mellom avstanden fra kavittgappen og tiden det tar elektronene i repellerspace.

Forskjellige elektroner følger forskjellige baner avhengig av deres farter. Farten til elektronene avhenger av spenningen i kavittgappen.

La oss ta eksemplet med tre elektroner. Referanselektronet (e0) går inn i kavittgappen når spenningen i kavittgappen er null. Derfor vil farten ikke endre seg. Det reiser L0 avstand i repellerspace og trekkes tilbake til kavitten. På grunn av at repellerplaten er sterkt negativ, vil den motvirke kinetisk energi hos elektronet.