วิศวกรรมไมโครเวฟ - Cavity Klystron
สำหรับการสร้างและขยายไมโครเวฟจำเป็นต้องมีท่อพิเศษบางอย่างที่เรียกว่า as Microwave tubes. จากพวกเขาทั้งหมดKlystron เป็นสิ่งที่สำคัญ
องค์ประกอบที่สำคัญของ Klystron คือลำแสงอิเล็กตรอนและตัวสะท้อนโพรง ลำแสงอิเล็กตรอนถูกผลิตขึ้นจากแหล่งกำเนิดและใช้โพรง klystrons เพื่อขยายสัญญาณ มีตัวเก็บรวบรวมอยู่ที่ส่วนท้ายเพื่อรวบรวมอิเล็กตรอน การตั้งค่าทั้งหมดดังแสดงในรูปต่อไปนี้
อิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาจากแคโทดจะถูกเร่งไปยังเรโซเนเตอร์ตัวแรก ตัวรวบรวมที่ส่วนท้ายมีศักยภาพเช่นเดียวกับตัวสะท้อนเสียง ดังนั้นโดยปกติแล้วอิเล็กตรอนจะมีความเร็วคงที่ในช่องว่างระหว่างตัวสะท้อนโพรง
ในขั้นต้นเครื่องเรโซเนเตอร์ช่องแรกจะมาพร้อมกับสัญญาณความถี่สูงที่อ่อนแอซึ่งจะต้องได้รับการขยายสัญญาณ สัญญาณจะเริ่มสนามแม่เหล็กไฟฟ้าภายในโพรง สัญญาณนี้ถูกส่งผ่านสายโคแอกเชียลดังแสดงในรูปต่อไปนี้
เนื่องจากสนามนี้อิเล็กตรอนที่ผ่านโพรงเรโซเนเตอร์จึงถูกมอดูเลต เมื่อมาถึงเรโซเนเตอร์ตัวที่สองอิเล็กตรอนจะถูกเหนี่ยวนำด้วย EMF อื่นที่ความถี่เดียวกัน สนามนี้แรงพอที่จะดึงสัญญาณขนาดใหญ่จากช่องที่สอง
โพรง Resonator
ก่อนอื่นให้เราพยายามทำความเข้าใจรายละเอียดโครงสร้างและการทำงานของเครื่องสะท้อนเสียงโพรง รูปต่อไปนี้ระบุตัวสะท้อนโพรง
วงจรเรโซแนนซ์อย่างง่ายซึ่งประกอบด้วยตัวเก็บประจุและลูปอุปนัยสามารถเปรียบเทียบได้กับเรโซแนนเตอร์โพรงนี้ ตัวนำมีอิเล็กตรอนอิสระ หากประจุถูกนำไปใช้กับตัวเก็บประจุเพื่อให้ประจุเข้ากับแรงดันไฟฟ้าของขั้วนี้อิเล็กตรอนจำนวนมากจะถูกลบออกจากแผ่นด้านบนและนำเข้าสู่แผ่นด้านล่าง
จานที่มีการทับถมของอิเล็กตรอนมากขึ้นจะเป็นขั้วลบและจานที่มีจำนวนอิเล็กตรอนน้อยกว่าจะกลายเป็นขั้วบวก รูปต่อไปนี้แสดงการสะสมประจุบนตัวเก็บประจุ
เส้นสนามไฟฟ้าพุ่งจากประจุบวกไปทางลบ หากตัวเก็บประจุถูกชาร์จด้วยขั้วย้อนกลับทิศทางของสนามจะกลับกันด้วย การกระจัดของอิเล็กตรอนในหลอดถือเป็นกระแสสลับ กระแสสลับนี้ก่อให้เกิดสนามแม่เหล็กไฟฟ้าสลับซึ่งอยู่นอกเฟสด้วยสนามไฟฟ้าของตัวเก็บประจุ
เมื่อสนามแม่เหล็กมีความแรงสูงสุดสนามไฟฟ้าจะเป็นศูนย์และหลังจากนั้นสักครู่สนามไฟฟ้าจะมีค่าสูงสุดในขณะที่สนามแม่เหล็กอยู่ที่ศูนย์ การแลกเปลี่ยนความแข็งแกร่งนี้เกิดขึ้นเป็นวัฏจักร
ปิด Resonator
ยิ่งค่าของตัวเก็บประจุและความเหนี่ยวนำของลูปมีค่าน้อยเท่าใดค่าความผันผวนหรือความถี่เรโซแนนซ์ก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น เนื่องจากการเหนี่ยวนำของลูปมีขนาดเล็กมากจึงสามารถรับความถี่สูงได้
ในการสร้างสัญญาณความถี่ที่สูงขึ้นความเหนี่ยวนำสามารถลดลงได้อีกโดยการวางลูปอุปนัยแบบขนานมากขึ้นดังแสดงในรูปต่อไปนี้ ส่งผลให้การก่อตัวของเรโซเนเตอร์แบบปิดมีความถี่สูงมาก
ในเครื่องเรโซเนเตอร์แบบปิดสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กจะถูก จำกัด ไว้ที่ด้านในของโพรง เรโซเนเตอร์ตัวแรกของโพรงตื่นเต้นกับสัญญาณภายนอกที่จะขยาย สัญญาณนี้ต้องมีความถี่ที่โพรงสามารถสั่นพ้องได้ กระแสไฟฟ้าในสายโคแอกเซียลนี้สร้างสนามแม่เหล็กซึ่งสนามไฟฟ้าเกิดขึ้น
การทำงานของ Klystron
เพื่อทำความเข้าใจเกี่ยวกับการมอดูเลตของลำแสงอิเล็กตรอนเมื่อเข้าสู่ช่องแรกให้พิจารณาสนามไฟฟ้า สนามไฟฟ้าบนเรโซเนเตอร์จะเปลี่ยนทิศทางของสนามเหนี่ยวนำ ขึ้นอยู่กับสิ่งนี้อิเล็กตรอนที่ออกมาจากปืนอิเล็กตรอนจะได้รับการควบคุมความเร็ว
เนื่องจากอิเล็กตรอนมีประจุไฟฟ้าลบพวกมันจะถูกเร่งความเร็วหากเคลื่อนที่ตรงข้ามกับทิศทางของสนามไฟฟ้า นอกจากนี้หากอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ไปในทิศทางเดียวกันของสนามไฟฟ้าพวกมันจะลดความเร็วลง สนามไฟฟ้านี้เปลี่ยนแปลงไปเรื่อย ๆ ดังนั้นอิเล็กตรอนจึงถูกเร่งและชะลอตัวขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงของสนาม รูปต่อไปนี้แสดงการไหลของอิเล็กตรอนเมื่อสนามอยู่ในทิศทางตรงกันข้าม
ขณะเคลื่อนที่อิเล็กตรอนเหล่านี้จะเข้าสู่พื้นที่ว่างในสนามที่เรียกว่า drift spaceระหว่างเรโซเนเตอร์ที่มีความเร็วแตกต่างกันซึ่งสร้างกลุ่มอิเล็กตรอน พวงเหล่านี้ถูกสร้างขึ้นเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของความเร็วในการเดินทาง
พวงเหล่านี้เข้าสู่ตัวสะท้อนที่สองด้วยความถี่ที่สอดคล้องกับความถี่ที่เรโซเนเตอร์ตัวแรกสั่น เนื่องจากเรโซเนเตอร์ของโพรงทั้งหมดเหมือนกันการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนจึงทำให้เรโซเนเตอร์ตัวที่สองสั่น รูปต่อไปนี้แสดงการก่อตัวของกลุ่มอิเล็กตรอน
สนามแม่เหล็กที่เหนี่ยวนำในเรโซเนเตอร์ตัวที่สองจะทำให้เกิดกระแสบางส่วนในสายโคแอกเซียลเริ่มต้นสัญญาณเอาท์พุต พลังงานจลน์ของอิเล็กตรอนในโพรงที่สองเกือบจะเท่ากับอิเล็กตรอนในโพรงแรกดังนั้นจึงไม่มีพลังงานใดถูกดึงออกมาจากโพรง
ขณะที่อิเล็กตรอนผ่านโพรงที่สองมีเพียงไม่กี่ตัวที่ถูกเร่งในขณะที่กลุ่มของอิเล็กตรอนลดความเร็วลง ดังนั้นพลังงานจลน์ทั้งหมดจะถูกแปลงเป็นพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อสร้างสัญญาณเอาต์พุต
การขยาย Klystron แบบสองช่องดังกล่าวอยู่ในระดับต่ำและด้วยเหตุนี้จึงใช้ Klystrons หลายช่อง
รูปต่อไปนี้แสดงตัวอย่างของแอมพลิฟายเออร์ Klystron แบบหลายช่อง
ด้วยสัญญาณที่ใช้ในช่องแรกเราจะได้มัดที่อ่อนแอในช่องที่สอง สิ่งเหล่านี้จะสร้างสนามในช่องที่สามซึ่งจะทำให้เกิดพวงที่เข้มข้นขึ้นเรื่อย ๆ ดังนั้นการขยายจึงมีขนาดใหญ่ขึ้น