Mikrodalga Mühendisliği - Cavity Klystron

Mikrodalgaların üretimi ve amplifikasyonu için bazı özel tüplere ihtiyaç vardır. Microwave tubes. Hepsini,Klystron önemli biridir.

Klystron'un temel unsurları elektron ışınları ve boşluk rezonatörleridir. Elektron ışınları bir kaynaktan üretilir ve boşluk klistronları sinyalleri yükseltmek için kullanılır. Sonunda elektronları toplamak için bir toplayıcı bulunur. Tüm kurulum aşağıdaki şekilde gösterildiği gibidir.

Katot tarafından yayılan elektronlar ilk rezonatöre doğru hızlandırılır. Uçtaki kolektör, rezonatör ile aynı potansiyeldedir. Bu nedenle, boşluk rezonatörleri arasındaki boşlukta genellikle elektronlar sabit bir hıza sahiptir.

Başlangıçta, birinci boşluk rezonatörü, güçlendirilmesi gereken zayıf bir yüksek frekans sinyali ile beslenir. Sinyal, boşluğun içinde bir elektromanyetik alan başlatacaktır. Bu sinyal, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi bir koaksiyel kablodan geçirilir.

Bu alan nedeniyle, boşluk rezonatöründen geçen elektronlar modüle edilir. İkinci rezonatöre vardıklarında, elektronlar aynı frekansta başka bir EMF ile indüklenir. Bu alan, ikinci boşluktan büyük bir sinyal alacak kadar güçlüdür.

Boşluk Rezonatörü

Önce yapısal detayları ve bir boşluklu rezonatörün çalışmasını anlamaya çalışalım. Aşağıdaki şekil boşluk rezonatörünü göstermektedir.

Bir kapasitör ve bir endüktif döngüden oluşan basit bir rezonans devresi, bu boşluklu rezonatör ile karşılaştırılabilir. Bir iletkenin serbest elektronları vardır. Kapasitöre bu polaritede bir gerilime şarj edilmesi için bir yük uygulanırsa, birçok elektron üst plakadan çıkarılır ve alt plakaya verilir.

Daha fazla elektron birikimine sahip plaka katot olacak ve daha az elektron içeren plaka anot olacaktır. Aşağıdaki şekil, kapasitör üzerindeki yük birikimini göstermektedir.

Elektrik alan çizgileri pozitif yükten negatife doğru yönlendirilir. Kapasitör ters polarite ile yüklenirse, alanın yönü de tersine çevrilir. Tüp içindeki elektronların yer değiştirmesi, alternatif bir akım oluşturur. Bu alternatif akım, kapasitörün elektrik alanı ile faz dışı olan alternatif manyetik alana yol açar.

Manyetik alan maksimum kuvvetinde olduğunda elektrik alan sıfır olur ve bir süre sonra manyetik alan sıfırda iken elektrik alan maksimum olur. Bu güç alışverişi bir döngü için gerçekleşir.

Kapalı Rezonatör

Kapasitörün değeri ve döngünün endüktansı ne kadar küçükse, salınım veya rezonans frekansı o kadar yüksek olacaktır. Döngünün endüktansı çok küçük olduğundan, yüksek frekans elde edilebilir.

Daha yüksek frekanslı sinyal üretmek için, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi daha fazla endüktif döngüyü paralel olarak yerleştirerek endüktans daha da azaltılabilir. Bu, çok yüksek frekanslara sahip kapalı bir rezonatör oluşumuyla sonuçlanır.

Kapalı bir rezonatörde, elektrik ve manyetik alanlar boşluğun iç kısmıyla sınırlıdır. Boşluğun ilk rezonatörü, güçlendirilecek harici sinyal tarafından uyarılır. Bu sinyal, boşluğun rezonansa girebileceği bir frekansa sahip olmalıdır. Bu koaksiyel kablodaki akım, bir elektrik alanının kaynaklandığı bir manyetik alan oluşturur.

Klystron'un Çalışması

İlk boşluğa giren elektron ışınının modülasyonunu anlamak için elektrik alanını ele alalım. Rezonatör üzerindeki elektrik alan, indüklenen alanın yönünü değiştirmeye devam eder. Buna bağlı olarak, elektron tabancasından çıkan elektronların hızları kontrol edilir.

Elektronlar negatif yüklü olduklarından, elektrik alanın yönünün tersine hareket ettirildiklerinde hızlanırlar. Ayrıca, elektronlar elektrik alanın aynı yönünde hareket ederse, yavaşlarlar. Bu elektrik alan değişmeye devam eder, bu nedenle alanın değişmesine bağlı olarak elektronlar hızlanır ve yavaşlar. Aşağıdaki şekil alan ters yönde olduğunda elektron akışını gösterir.

Hareket halindeyken, bu elektronlar, drift spaceelektron demetleri oluşturan değişken hızlara sahip rezonatörler arasında. Bu demetler, seyahat hızındaki farklılıklar nedeniyle oluşturulur.

Bu demetler, birinci rezonatörün salındığı frekansa karşılık gelen bir frekansla ikinci rezonatöre girer. Tüm boşluk rezonatörleri aynı olduğundan, elektronların hareketi ikinci rezonatörün salınım yapmasını sağlar. Aşağıdaki şekil elektron demetlerinin oluşumunu göstermektedir.

İkinci rezonatördeki indüklenen manyetik alan, koaksiyel kabloda bir miktar akımı indükleyerek çıkış sinyalini başlatır. İkinci boşluktaki elektronların kinetik enerjisi neredeyse birinci boşluktakilere eşittir ve bu nedenle boşluktan enerji alınmaz.

Elektronlar, ikinci boşluktan geçerken, elektron demetleri yavaşlarken, birkaçı hızlandırılır. Bu nedenle, tüm kinetik enerji, çıkış sinyalini üretmek için elektromanyetik enerjiye dönüştürülür.

Bu tür iki boşluklu Klystron'un amplifikasyonu düşüktür ve bu nedenle çok boşluklu Klystronlar kullanılır.

Aşağıdaki şekil, çok boşluklu Klystron amplifikatörünün bir örneğini göstermektedir.

Birinci boşlukta uygulanan sinyal ile ikinci boşlukta zayıf demetler elde ederiz. Bunlar üçüncü boşlukta daha konsantre demetler üreten vb. Bir alan oluşturacaktır. Bu nedenle, amplifikasyon daha büyüktür.