Rekayasa Gelombang Mikro - Cavity Klystron

Untuk pembangkitan dan penguatan Gelombang Mikro, diperlukan beberapa tabung khusus yang disebut sebagai Microwave tubes. Dari mereka semua,Klystron adalah yang penting.

Elemen penting Klystron adalah berkas elektron dan resonator rongga. Berkas elektron dihasilkan dari suatu sumber dan klystron rongga digunakan untuk memperkuat sinyal. Kolektor hadir di ujung untuk mengumpulkan elektron. Seluruh pengaturan seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut.

Elektron yang dipancarkan oleh katoda dipercepat menuju resonator pertama. Kolektor di ujung memiliki potensi yang sama dengan resonator. Oleh karena itu, biasanya elektron memiliki kecepatan konstan di celah antara rongga resonator.

Awalnya, resonator rongga pertama disuplai dengan sinyal frekuensi tinggi yang lemah, yang harus diperkuat. Sinyal akan memulai medan elektromagnetik di dalam rongga. Sinyal ini dilewatkan melalui kabel koaksial seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut.

Karena medan ini, elektron yang melewati rongga resonator dimodulasi. Saat tiba di resonator kedua, elektron diinduksi dengan EMF lain pada frekuensi yang sama. Medan ini cukup kuat untuk mengekstrak sinyal besar dari rongga kedua.

Resonator Rongga

Pertama mari kita coba memahami detail konstruksi dan cara kerja resonator rongga. Gambar berikut menunjukkan rongga resonator.

Rangkaian resonansi sederhana yang terdiri dari kapasitor dan loop induktif dapat dibandingkan dengan resonator rongga ini. Konduktor memiliki elektron bebas. Jika muatan diterapkan ke kapasitor untuk membebankan tegangan polaritas ini, banyak elektron dikeluarkan dari pelat atas dan dimasukkan ke pelat bawah.

Pelat yang memiliki deposisi elektron lebih banyak akan menjadi katoda dan pelat yang memiliki jumlah elektron lebih sedikit menjadi anoda. Gambar berikut menunjukkan deposisi muatan pada kapasitor.

Garis medan listrik diarahkan dari muatan positif menuju negatif. Jika kapasitor diisi dengan polaritas terbalik, maka arah medan juga dibalik. Perpindahan elektron dalam tabung, merupakan arus bolak-balik. Arus bolak-balik ini menimbulkan medan magnet bolak-balik, yang keluar fasa dengan medan listrik kapasitor.

Ketika medan magnet berada pada kekuatan maksimumnya maka medan listrik menjadi nol dan setelah beberapa saat medan listrik menjadi maksimum sedangkan medan magnet berada pada nol. Pertukaran kekuatan ini terjadi dalam satu siklus.

Resonator Tertutup

Semakin kecil nilai kapasitor dan induktivitas loop, semakin tinggi osilasi atau frekuensi resonansi. Karena induktansi loop sangat kecil, frekuensi tinggi dapat diperoleh.

Untuk menghasilkan sinyal frekuensi yang lebih tinggi, induktansi selanjutnya dapat dikurangi dengan menempatkan lebih banyak loop induktif secara paralel seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut. Ini menghasilkan pembentukan resonator tertutup yang memiliki frekuensi sangat tinggi.

Dalam resonator tertutup, medan listrik dan magnet terbatas pada bagian dalam rongga. Resonator pertama rongga dieksitasi oleh sinyal eksternal yang akan diperkuat. Sinyal ini harus memiliki frekuensi di mana rongga dapat beresonansi. Arus dalam kabel koaksial ini membentuk medan magnet, yang darinya medan listrik berasal.

Bekerja dari Klystron

Untuk memahami modulasi berkas elektron, memasuki rongga pertama, mari pertimbangkan medan listrik. Medan listrik pada resonator terus berubah arah medan induksi. Bergantung pada ini, elektron yang keluar dari senjata elektron, mengatur kecepatannya.

Karena elektron bermuatan negatif, mereka dipercepat jika bergerak berlawanan dengan arah medan listrik. Juga, jika elektron bergerak ke arah yang sama dengan medan listrik, mereka akan mengalami perlambatan. Medan listrik ini terus berubah, oleh karena itu elektron dipercepat dan diperlambat tergantung pada perubahan medan. Gambar berikut menunjukkan aliran elektron saat medan berlawanan arah.

Saat bergerak, elektron-elektron ini memasuki ruang bebas medan yang disebut sebagai drift spaceantara resonator dengan kecepatan yang bervariasi, yang menghasilkan tandan elektron. Tandan ini dibuat karena variasi kecepatan perjalanan.

Tandan ini memasuki resonator kedua, dengan frekuensi yang sesuai dengan frekuensi di mana resonator pertama berosilasi. Karena semua rongga resonator identik, pergerakan elektron membuat resonator kedua berosilasi. Gambar berikut menunjukkan pembentukan tandan elektron.

Medan magnet yang diinduksi di resonator kedua menginduksi beberapa arus di kabel koaksial, memulai sinyal keluaran. Energi kinetik elektron di rongga kedua hampir sama dengan yang ada di rongga pertama sehingga tidak ada energi yang diambil dari rongga tersebut.

Elektron saat melewati rongga kedua, hanya sedikit yang dipercepat sementara tandan elektron dipercepat. Oleh karena itu, semua energi kinetik diubah menjadi energi elektromagnetik untuk menghasilkan sinyal keluaran.

Amplifikasi Klystron dua rongga seperti itu rendah dan karenanya Klystron multi rongga digunakan.

Gambar berikut menggambarkan contoh penguat Klystron multi-rongga.

Dengan sinyal yang diterapkan di rongga pertama, kami mendapatkan tandan lemah di rongga kedua. Ini akan membentuk ladang di rongga ketiga, yang menghasilkan tandan yang lebih terkonsentrasi dan seterusnya. Karenanya, amplifikasi lebih besar.