Ống Klystron: Điều gì là ống Klystron? (Các loại và ứng dụng)

Ống Klystron là gì?

Ống Klystron (còn được gọi là Ống Klystron hoặc Bộ khuếch đại Klystron) là một ống chân không được sử dụng để dao động và khuếch đại tín hiệu tần số vi ba. Nó được phát minh bởi các kỹ sư điện tử người Mỹ Russell và Sigurd Varian.

Ống klystron sử dụng năng lượng động của chùm electron. Thông thường, ống klystron công suất thấp được sử dụng làm dao động và ống klystron công suất cao được sử dụng làm ống đầu ra trong UHF.

Có hai cấu hình cho ống klystron công suất thấp. Một là dao động vi ba công suất thấp (Reflex Klystron) và thứ hai là bộ khuếch đại vi ba công suất thấp (Two Cavity Klystron hoặc Multi Cavity Klystron).

Động cơ Reflex Klystron là gì?

Trước khi trả lời câu hỏi này, chúng ta cần biết cách tạo ra dao động. Để tạo ra dao động, chúng ta cần cung cấp phản hồi dương từ đầu ra đến đầu vào. Với điều kiện rằng độ lợi vòng lặp là đơn vị.

Đối với ống klystron, dao động sẽ được tạo ra nếu một phần của đầu ra được sử dụng làm phản hồi cho hốc đầu vào và giữ độ lợi vòng lặp bằng đơn vị. Sự dịch chuyển pha của đường dẫn phản hồi là một chu kỳ (2π) hoặc nhiều chu kỳ (nhân số của 2π).

Cấu tạo của Reflex Klystron

Chùm electron được bắn từ cực âm. Sau đó có một anôt, được gọi là anôt tập trung hoặc anôt tăng tốc. Anôt này được sử dụng để thu hẹp chùm electron. Anôt được kết nối với cực dương của nguồn điện DC.

Ống klystron reflex chỉ có một hốc, đặt cạnh anôt. Hốc này hoạt động như một hốc tập trung cho electron di chuyển về phía trước và hốc bắt cho electron di chuyển ngược lại.

Việc điều chế vận tốc và dòng điện diễn ra trong khoảng cách hốc. Khoảng cách này bằng 'd'.

Bảng đẩy được kết nối với cực âm của nguồn điện áp Vr.

Nguyên lý hoạt động của Reflex Klystron

Reflex Klystron hoạt động theo nguyên lý điều chế vận tốc và dòng điện.

Chùm electron được bắn từ cực âm. Chùm electron đi qua anôt tăng tốc. Electron di chuyển trong ống với vận tốc đều cho đến khi đến hốc.

Vận tốc của electron được điều chế trong khoảng cách hốc và những electron này cố gắng đạt đến bảng đẩy.

Bảng đẩy được kết nối với cực âm của nguồn điện. Do cùng cực, nó chống lại lực của electron.

Năng lượng động của electron giảm trong khoảng cách bảng đẩy và tại một điểm nào đó, nó sẽ bằng không. Sau đó, electron bị kéo trở lại hốc. Trong cuộc hành trình quay lại, tất cả electron tụ lại ở một điểm.

Sẽ có sự điều chế dòng điện do sự tụ electron. Năng lượng của electron được chuyển đổi thành dạng RF và đầu ra RF được lấy từ hốc. Để đạt hiệu suất tối đa của ống klystron, việc tụ electron phải xảy ra ở giữa khoảng cách hốc.

Electron di chuyển trong ống klystron như thế nào?

Từ súng electron (cực âm), chùm electron được bắn vào ống. Những electron này di chuyển về phía anôt với vận tốc đều. Sau đó, electron đi qua khoảng cách hốc. Vận tốc của electron thay đổi theo điện áp khoảng cách hốc.

Nếu điện áp khoảng cách hốc dương, electron sẽ được tăng tốc và nếu điện áp khoảng cách hốc âm, electron sẽ bị giảm tốc. Nếu điện áp bằng không, vận tốc của electron sẽ không thay đổi.

Khi electron rời khỏi khoảng cách hốc, tất cả electron có vận tốc khác nhau và những electron này sẽ di chuyển trong khoảng cách bảng đẩy.

Những electron này di chuyển khoảng cách theo vận tốc. Vận tốc càng cao, electron sẽ di chuyển xa hơn và vận tốc càng thấp, electron sẽ di chuyển ít hơn trong khoảng cách bảng đẩy.

Tất cả những electron này sẽ quay lại hốc và tụ lại ở giữa khoảng cách hốc. Năng lượng của electron chuyển từ hốc được gọi là đầu ra RF.

Bản đồ Apple-gate

Bản đồ Apple-gate là biểu đồ giữa khoảng cách từ khoảng cách hốc và thời gian mà electron di chuyển trong khoảng cách bảng đẩy.

Các electron khác nhau theo các đường khác nhau tùy thuộc vào vận tốc của chúng. Vận tốc của electron phụ thuộc vào điện áp khoảng cách hốc.

Hãy lấy ví dụ về ba electron. Electron tham chiếu (e0) đi vào khoảng cách hốc khi điện áp khoảng cách hốc bằng không. Do đó, vận tốc sẽ không thay đổi. Nó di chuyển L0 trong khoảng cách bảng đẩy và quay lại hốc. Vì bảng đẩy có điện áp âm rất lớn và nó sẽ chống lại năng lượng động của electron.

Electron đi vào trước e0, electron này được gọi là electron sớm (e