Klystron Tübü: Nedir? (Türleri ve Uygulamaları)

Klystron Tüpü Nedir?

Bir Klystron (aynı zamanda bir Klystron Tüpü veya Klystron Genleştirici olarak da bilinir), mikrodalga frekanslı sinyalleri salınım ve genleştirme için kullanılan bir vakum tübüdür. Bu, Amerikalı elektrik mühendisleri Russell ve Sigurd Varian tarafından icat edilmiştir.

Klystron, elektron ışının kinetik enerjisini kullanır. Genellikle, düşük güç klystronlar osilatör olarak ve yüksek güç klystronlar UHF'de çıkış tüpleri olarak kullanılır.

Düşük güç klystronun iki konfigürasyonu vardır. Birincisi, düşük güç mikrodalga osilatörü (Reflex Klystron) ve ikincisi, düşük güç mikrodalga genleştirici (İki Havuzu Olan Klystron veya Çok Havuzlu Klystron).

Reflex Klystron Osilatörü Nedir?

Bu soruya cevap vermeden önce, salınımlar nasıl oluşturulur bilmeliyiz. Salınımları oluşturmak için, çıktıyı girdiye olumlu geribildirim sağlamamız gerekmektedir. Döngü kazancının birim olması kısıtlamasıyla.

Klystron için, döngü kazancının büyüklüğü birim olduğunda, çıktının bir kısmı giriş havuzuna geribildirim olarak kullanıldığında salınımlar oluşur. Geribildirim yolu faz kayması bir döngü (2π) veya çoklu döngüler (2π'nin katları) olabilir.

Reflex Klystron Yapısı

Elektron ışını kathodundan enjekte edilir. Sonra odaklama anodu adı verilen bir anod vardır, bu anod aynı zamanda hızlandırıcı anod olarak da bilinir. Bu anod, elektron ışının daraltılmasını sağlar. Anod, DC gerilim kaynağınn pozitif kutbuna bağlanmıştır.

Reflex klystron, anodun yanında yer alan tek bir havuzdan oluşur. Bu havuz, ileri doğru hareket eden elektronlar için toplayıcı havuz ve geriye doğru hareket eden elektronlar için yakalayıcı havuz olarak çalışır.

Hız ve akım modülasyonu havuz boşluğu içinde gerçekleşir. Boşluk, 'd' mesafesine eşittir.

Gerici plaka, gerilim kaynağı Vr'nin negatif kutbuna bağlanmıştır.

Reflex Klystron Çalışma Prensibi

Reflex Klystron, hız ve akım modülasyonu prensibine dayanarak çalışır.

Elektron ışını kathodundan enjekte edilir. Elektron ışını hızlandırıcı anodun içinden geçer. Elektron, havuza ulaşana kadar tüpte sabit hızla hareket eder.

Elektronların hızı havuz boşluğu içinde modüle edilir ve bu elektronlar gericiye ulaşmaya çalışır.

Gerici, gerilim kaynağının negatif kutbuna bağlıdır. Bu yüzden aynı kutbun neden olduğu itme kuvveti, elektronların kuvvetini karşılar.

Elektronların kinetik enerjisi gerici alanında azalır ve bir noktada sıfır olur. Sonrasında, elektron havuza geri çekilir. Dönüş yolculuğunda, tüm elektronlar tek bir noktada toplanır.

Toplanma sonucunda akım modülasyonu meydana gelir. Elektronların enerjisi RF formuna dönüştürülür ve RF çıkışı havuzdan alınır. Klystronun maksimum verimliliği için, elektronların toplanması havuz boşluğunun ortasında gerçekleşmelidir.

Elektronlar Klystron Tüpünde Nasıl Hareket Eder?

Elektron ışını, tüpün içine kathod (elektron tabancası) üzerinden enjekte edilir. Bu elektronlar, anod yönünde sabit hızla hareket eder. Sonrasında elektronlar, havuz boşluğu içinden geçer. Elektronların hızı, havuz boşluğu gerilimine göre değişir.

Eğer havuz boşluğu gerilimi pozitifse, elektron hızlandırılır ve eğer havuz boşluğu gerilimi negatifse, elektron yavaşlatılır. Eğer gerilim sıfır ise, elektronların hızı değişmez.

Elektronlar havuz boşluğundan ayrıldığında, her biri farklı hızlara sahip olur ve bu elektronlar, gerici alanında seyahat eder.

Bu elektronlar, hızlarına göre mesafe alırlar. Hızı yüksek olan elektron, daha uzun mesafe alır ve hızı düşük olan elektron, daha kısa mesafe alır gerici alanında.

Tüm bu elektronlar, havuza geri döner ve havuz boşluğunun merkezinde toplanır. Elektronların havuzdan aktarılan enerji, RF çıkışı olarak bilinir.

Apple-Gate Diyagramı

Apple-Gate diyagramı, havuz boşluğundan olan mesafe ile elektronların gerici alanında geçirdiği zaman arasındaki ilişkiyi gösteren bir grafiktir.

Farklı elektronlar, hızlarına bağlı olarak farklı yollar izler. Elektronların hızı, havuz boşluğu gerilimine bağlıdır.

Üç elektron örneğini ele alalım. Referans elektronu (e0) havuz boşluğuna, havuz boşluğu geriliminin sıfır olduğu anda girer. Bu nedenle, hızı değişmez. Gerici alanında L0 mesafesi alır ve havuza geri döner. Çünkü gerici plaka oldukça negatif ve elektronun kinetik enerjisine karşı çıkar.

e