Klystronrör: Vad är det? (Typer och tillämpningar)

Vad är ett Klystronrör?

En Klystron (även känd som ett Klystronrör eller Klystronförstärkare) är ett vakuumrörsystem som används för att oscillera och förstärka mikrovågsfrekvenssignaler. Den utvecklades av de amerikanska elektriska ingenjörerna Russell och Sigurd Varian.

En klystron använder kinetisk energi från en elektronstråle. Generellt används lågspänning klystroner som oscillatorer och högspänning klystroner som utmattningsrörsystem i UHF.

Det finns två konfigurationer för en lågspänning klystron. En är en lågspänning mikrovågs oscillator (Reflex Klystron) och den andra är en lågspänning mikrovågs förstärkare (Tvåhöglingsklystron eller Flerhöglingsklystron).

Vad är en Reflex Klystron Oscillator?

Innan vi svarar på denna fråga, måste vi veta hur oscillerandet genereras. För att generera oscillerandet måste vi ge positiv återkoppling från utgången till ingången. Med begränsningen att loopgainen är enhetlig.

För en klystron kommer oscillerandet att genereras om en del av utgången används som återkoppling till ingångshöglingen och håller loopgainens magnitud enhetlig. Phasförflyttningen i återkopplingsvägen är en cykel (2π) eller flera cykler (multipel av 2π).

Konstruktion av Reflex Klystron

Elektronstrålen injiceras från katoden. Sedan finns det en anod, känd som fokuseringsanod eller accelerationsanod. Denna anod används för att smalna ner elektronstrålen. Anoden är ansluten till det positiva polen av DC-spänningskällan.

Reflex klystronen har endast en högling, som placeras bredvid anoden. Denna högling fungerar som en buncher högling för framåtgående elektroner och catcher högling för bakåtgående elektroner.

Hastighets- och strömsmodulering sker i höglingsgapet. Gapet är lika med avståndet 'd'.

Repellerplattan är ansluten till det negativa polen av spännings källan Vr.

Funktionsprincip för Reflex Klystron

Reflex Klystron fungerar enligt principen om hastighets- och strömsmodulering.

Elektronstrålen injiceras från katoden. Elektronstrålen passerar genom accelerationsanoden. Elektronerna rör sig i röret med jämn hastighet tills de når höglingen.

Hastigheten hos elektronerna moduleras i höglingsgapet och dessa elektroner försöker nå repellerplattan.

Repellerplattan är ansluten till det negativa polen av en spänningkälla. Därför motverkar den, p.g.a. samma polaritet, krafterna från elektronerna.

Kinetiska energin hos elektronerna minskar i repellerutrymmet och vid någon punkt kommer den att vara noll. Efter det dras elektronerna tillbaka till höglingen. Och under återvändot buntas alla elektroner på en punkt.

Det kommer att finnas strömsmodulering på grund av bunten. Energien från elektronerna omvandlas till RF-form och RF-utgång tas från höglingen. För maximal effektivitet av klystronen måste bundningen av elektronerna ske i mitten av höglingsgapet.

Hur rör sig elektroner i klystronröret?

Från elektronkanonen (katoden) injiceras elektronstrålen i röret. Dessa elektroner rör sig mot anoden med jämn hastighet. Sedan passerar elektronerna höglingsgapet. Hastigheten hos elektronerna varierar beroende på höglingsgapets spänning.

Om höglingsgapets spänning är positiv, kommer elektronerna att accelereras och om höglingsgapets spänning är negativ, kommer elektronerna att decelereras. Om spänningen är noll, kommer hastigheten hos elektronerna inte att ändras.

När elektronerna lämnar höglingsgapet har alla elektroner olika hastigheter och dessa elektroner reser sig i repellerutrymmet.

Dessa elektroner reser sig enligt hastigheten. Ju större hastighet, desto längre reser sig elektronerna och ju mindre hastighet, desto kortare reser sig elektronerna i repellerutrymmet.

Alla dessa elektroner återvänder till höglingen och buntas i mitten av höglingsgapet. Energien från elektronerna överförd från höglingen kallas RF-utgång.

Applegate-diagram

Applegate-diagram är ett diagram mellan avståndet från höglingsgapet och tiden elektronerna tar i repellerutrymmet.

Olika elektroner följer olika banor beroende på deras hastighet. Hastigheten hos elektronerna beror på höglingsgapets spänning.

Låt oss ta exemplet med tre elektroner. Referenselektronen (e0) går in i höglingsgapet när höglingsgapets spänning är noll. Därför kommer hastigheten inte att ändras. Den reser L0 avstånd i repellerutrymmet och dras tillbaka till höglingen. På grund av att repellerplattan är mycket negativ och motsätter sig kinetiska energin hos elektronen.