Tubong Klystron: Ano ito? (Mga Uri at Application)

Ano ang Klystron Tube?

Ang Klystron (kilala rin bilang Klystron Tube o Klystron Amplifier) ay isang vacuum tube na ginagamit upang lumikha at palakihin ng mga microwave frequency signals. Ito ay inimbento ng mga Amerikanong electrical engineers na sina Russell at Sigurd Varian.

Ginagamit ng klystron ang kinetic energy ng electron beam. Karaniwan, ang mga low-power klystrons ay ginagamit bilang oscillator at ang high-power klystrons ay ginagamit bilang output tubes sa UHF.

May dalawang konfigurasyon para sa isang low-powered klystron. Ang isa ay isang low-power microwave oscillator (Reflex Klystron) at ang ikalawa ay isang low-power microwave amplifier (Two Cavity Klystron o Multi Cavity Klystron).

Ano ang Reflex Klystron Oscillator?

Bago sagutin ang tanong na ito, kailangan nating malaman kung paano ginagawa ang mga oscillations. Upang makabuo ng mga oscillations, kailangan nating magbigay ng positive feedback mula sa output patungo sa input. Mayroong kondisyon na ang loop gain ay unity.

Para sa klystron, ang mga oscillations ay lilitao kung isang bahagi ng output ay ginagamit bilang feedback sa input cavity at panatilihin ang loop gain magnitude unity. Ang phase shift ng feedback path ay isang cycle (2π) o multiple cycles (multiple of 2π).

Konstruksyon ng Reflex Klystron

Ang electron beam ay inilalapat mula sa cathode. Pagkatapos, may anode, na kilala bilang focusing anode o accelerating anode. Ginagamit ang anode na ito upang lapitin ang electron beam. Ang anode ay konektado sa positive polarity ng DC voltage source.

Ang reflex klystron ay may iisang lamang cavity, na nakalagay sa tabi ng anode. Gumagana ang cavity na ito bilang buncher cavity para sa forward-moving electrons at catcher cavity para sa backward moving electrons.

Ang velocity at current modulation ay nangyayari sa cavity gap. Ang gap ay katumbas ng distansya ‘d’.

Ang repeller plate ay konektado sa negative polarity ng voltage source Vr.

Pangunahing Pagsasagawa ng Reflex Klystron

Ang Reflex Klystron ay gumagana batay sa prinsipyo ng velocity at current modulation.

Inilalapat ang electron beam mula sa cathode. Ang electron beam ay dadaan sa accelerating anode. Ang electron ay gumagalaw sa tube na may uniform velocity hanggang ito ay abot sa cavity.

Ang velocity ng electrons ay iminomodulate sa cavity gap at ang mga electrons ay subok na abutin ang repeller.

Ang repeller ay konektado sa negative polarity ng voltage source. Dahil dito, dahil sa parehong polarity, ito ay laban sa puwersa ng electrons.

Ang kinetic energy ng electrons ay bumababa sa repeller space at sa isang punto, ito ay zero. Pagkatapos, ang electron ay ibabalik sa cavity. At sa pagbabalik, lahat ng electrons ay bunched sa isang punto.

May current modulation dahil sa bunch formation. Ang energy ng electrons ay iniconvert sa anyo ng RF at ang RF output ay kinukuha mula sa cavity. Para sa maximum efficiency ng klystron, ang bunching ng electron ay dapat mangyari sa gitna ng cavity gap.

Paano Kumikilos ang Electrons sa Klystron Tube?

Mula sa electron gun (cathode), inilalapat ang electron beam sa tube. Ang mga electrons ay gumagalaw pataas sa anode na may uniform velocity. Pagkatapos, ang electrons ay dadaan sa cavity gap. Ang velocity ng electrons ay nag-iiba-iba ayon sa cavity gap voltage.

Kung ang cavity gap voltage ay positibo, ang electron ay mapapabilis at kung ang cavity gap voltage ay negatibo, ang electron ay mapapabagal. Kung ang voltage ay zero, ang velocity ng electrons ay hindi magbabago.

Kapag ang electrons ay umalis mula sa cavity gap, ang lahat ng electrons ay may iba't ibang velocities at ang mga electrons na ito ay gagalaw sa repeller space.

Ang mga electrons ay naglalakbay ng distansya ayon sa velocity. Mas mataas ang velocity, mas malayo ang electron sa repeller space at mas mababa ang velocity, mas maikli ang electron sa repeller space.

Ang lahat ng mga electrons ay babalik sa cavity at bunched sa sentro ng cavity gap. Ang energy ng electrons na inilipat mula sa cavity ay kilala bilang RF output.

Apple-gate Diagram

Ang Apple-gate diagram ay isang graph sa pagitan ng distansya mula sa cavity gap at ang oras na ginugol ng electron sa repeller space.

Ang iba't ibang electrons ay sumusunod sa iba't ibang ruta depende sa kanilang velocities. Ang velocity ng electrons ay depende sa cavity gap voltage.

Isaalang-alang natin ang halimbawa ng tatlong electrons. Ang reference electron (e0) ay pumapasok sa cavity gap kapag ang cavity gap voltage ay zero. Dahil dito, ang velocity ay hindi magbabago. Ito ay naglalakbay ng L0 na distansya sa repeller space at ibabalik sa cavity. Dahil ang repeller plate ay sobrang negatibo at ito ay laban sa kinetic energy ng electron.

Ang electron na pumapasok bago e