Cover By: Danielkuehler, Železniční tratě v Zuerichu, CC BY-SA 4.0
Body diskuse
- Úvod do mikrovlnných trubic a Klystronu (Co je Klystron?)
- Zesilovač Klystron (Provoz Klystron)
- Reflexní klystron a práce
- Gyroklystron
- Optický Klystron
- Dvě dutiny Klystron
- Klystron vs. Magnetron
Úvod do mikrovlnných trubic a Klystronu
Mikrovlnné trubice: Mikrovlnné trubice jsou zařízení, která generují mikrovlnné trouby. Jsou to elektronová děla, která vyrábějí trubice s lineárním paprskem.
Mikrovlnná trubice
Image Credit: Neznámý autor Neznámý autor, Klystronova trubice 1952, označeno jako public domain, více podrobností o Wikimedia Commons
Mikrovlnné trubice se obecně dělí do kategorií podle typu interakce elektronového svazku a pole. Typy jsou -
- Lineární paprsek nebo typ „O“
- Křížené pole nebo typ „M“
Lineární paprsek: V tomto typu trubice prochází elektronový paprsek délkou trubice a je rovnoběžný s elektrickým polem.
Překřížené pole: U tohoto typu trubice je zaostřovací pole kolmé na zrychlující se elektrické pole.
Mikrovlnné trubice lze také rozdělit na zesilovače nebo oscilátory.
Klystron: Klystron je typ mikrovlnných trubic, které mohou zesílit vyšší rozsah frekvencí, zejména od rádiových frekvencí po ultra vysoké frekvence. Klystrons lze také použít jako oscilátor.
Vědět o přenosových vedeních a vlnovodech. Klikněte zde!
Zesilovač Klystron
V zesilovači je elektronový paprsek vysílán dvěma nebo více rezonančními dutinami. První dutina přijímá RF vstup a shlukuje jej do oblastí s vysokou a nízkou hustotou, aby modulovala signál. Seskupený paprsek poté přejde do další dutiny, což zvýrazní efekt seskupení. V následující nebo konečné dutině je energie RF extrahována na vysoce zesílené úrovni.
Dvě dutiny generují zisk asi 20 dB a použití čtyř dutin může způsobit zisk až 80-90 dB. Zesilovače Klystron mohou dosahovat špičkových výkonů v rozsahu megawattů. Má účinnost přeměny energie asi 30% až 50%.
Provoz zesilovače Klystron
Zesilovače Klystron zesilují signál Rf. Převádí kinetickou energii signálu ve svazku stejnosměrných elektronů na vysokofrekvenční energii. Uvnitř vakua elektronová zbraň emituje paprsek elektronů a vysokonapěťové elektrody elektronový paprsek urychlují.
Poté paprsek přijímá vstupní rezonátor dutiny. Zde dochází k řadě operací. Nejprve je vstupní dutina napájena vysokofrekvenční energií. Vytváří stojaté vlny. Stojatá vlna dále produkuje oscilační napětí, která fungují na paprsku elektronu. Elektrické pole shlukovalo elektrony.
Každý svazek vstupuje do výstupní dutiny, když elektrické pole zpomaluje paprsek tím, že působí proti pohybu elektronu. Tak dochází k přeměně kinetické energie na potenciální energii elektronů.
Reflex klystron a práce s Reflex klystron
Reflex Klystron: Reflexní klystron je klystron s jednou dutinou, který funguje jako oscilátor pomocí reflektorové elektrody vedle dutiny pro dodávání pozitivní zpětné vazby elektronovým paprskem. Reflexní klystrony lze mechanicky vyladit, aby se upravila velikost dutiny.
Reflex Klystron
Kredit: Erbade, Model Varian V-260, CC BY-SA 3.0
Reflexní klystron se často nazývá „Sutton Tube“ podle jména vědce Roberta Suttona, jednoho z vynálezců klystronu Reflex. Jedná se o nízkoenergetický klystron s aplikacemi jako lokální oscilátor v některých radarových přijímačích.
Vědět o 7+ aplikacích mikrovlnného inženýrství a přehledu. Klikněte zde!
Práce společnosti Reflex Klystron
V reflexním klystronu prochází elektronový paprsek jedinou dutinou přítomnou v klystronu. Po průchodu se odrazí reflektorem záporně nabité elektrody. Provedou další průchod dutinou. Pak jsou shromážděny. Když má elektronový paprsek první průchod, jsou modulovány rychlostí. Elektronové svazky se tvoří uvnitř driftového prostoru reflektorové elektrody a dutiny.
Napětí reflektoru je vyladěno tak, aby bylo zajištěno maximální větvení. Elektronový paprsek se odrazí reflektorem a znovu vstoupí do dutiny. Maximální větvení zajišťuje, že se maximální množství energie přenáší z paprsku elektronu na vysokofrekvenční oscilaci. Elektronický rozsah ladění reflexního klystronu se obvykle označuje jako změna frekvence mezi dvěma polovinami PowerPointu.
Aplikace Reflex Klystron
Některé z reflexních klystronů jsou uvedeny níže.
- Jednou z významných aplikací reflexních klystronů je rádiový a radarový systém jako přijímač.
- Používají se také jako generátory signálu.
- Jako frekvenční modulátory lze použít reflexní klystrony.
- Lze je také použít jako oscilátor čerpadla a místní oscilátory.
V dnešní době byla většina aplikací reflexního klystronu nahrazena polovodičovými technologiemi.
Gyroklystron
Gyroklystron je jedním z typů mikrovlnných zesilovačů, jejichž práce je téměř stejná jako u klystronu. Ale pro Gyroklystron není na rozdíl od klystronu shluk elektronu axiální. Místo toho modulační síly mění frekvenci cyklotronu, a tak azimutální část pohybu vytváří větvení fáze.
V poslední nebo výstupní dutině přenášené elektrony přenášejí své energie do elektrického pole dutiny a zesílený RF signál může být spojen s dutinou. Struktura dutiny gyroklystronu je válcová nebo koaxiální. Hlavní výhodou Gyroklystronu oproti normálnímu klystronu je to, že Gyroklystron je schopen dodávat vysoký výkon při vysokých frekvencích, což je pro typický klystron velmi obtížné.
Optický Klystron
Optické klystrony jsou zařízení, u nichž je metoda zesílení uvnitř stejná jako u klystronu. Pokusy se provádějí primárně na laserech na optických frekvencích a jsou známé jako volný elektronový laser. Tyto typy zařízení používají místo mikrovlnných dutin „undulators“.
Dvě dutiny Klystron
Klystron se dvěma dutinami je nejjednodušší dostupný typ klystronu. Jak název napovídá, tento typ klystronu má dvě mikrovlnné dutiny. Jsou známí jako „chytač“ a „buncher“. Pokud se jako zesilovač použije dvě dutiny klystron, bunkr přijme slabý mikrovlnný signál a spojí se z lapače a zesílí se.
Práce dvou dutin Klystron
V tomto klystronu je elektronové dělo, které generuje elektrony. V určité vzdálenosti od nich je umístěna anoda. Elektron je přitahován anodou a prochází jimi s vysokým pozitivním potenciálem. Vnější magnetické pole, mimo trubice, produkuje podélné magnetické pole podél osy paprsku. Pomáhá zastavit šíření paprsku.
Elektronový paprsek nejprve prochází dutinou „buncheru“. Na obou stranách dutiny jsou mřížky. Elektronový paprsek produkuje excitaci oscilací stojatých vln, což dále způsobuje oscilační střídavý potenciál napříč mřížkami. Směr pole se mění dvakrát pro jeden cyklus. Elektrony vstupují do dutiny, když je vstupní mřížka záporná, a opouští se, když je výstupní mřížka kladná. Pole ovlivňuje pohyb, protože je zrychluje. Po změně směru pole se pohyb elektronů zpomalí.
Za dutinou „bunchru“ přichází komora driftový prostor “. Shlukování elektronů zde nastává, když se zrychlené elektrony shlukují se zpomalenými elektrony. Délka je vytvořena přesně tak, aby došlo k maximálnímu rozvětvení.
Poté přichází dutina „lapače“. Na každé straně má podobné mřížky. Mřížky
absorbuje energii z elektronových paprsků. Stejně jako zde „bunkr“ se elektron pohybuje díky změně směru elektrického pole, a elektrony tak fungují. Zde se kinetická energie produkovaná jejich pohybem přeměňuje na potenciální energie. Amplituda oscilačního elektrického pole se za tímto účelem zvyšuje. Takto se zesílí signál dutiny „buncheru“ v dutině „chytače“. Určené typy vlnovodů a přenosových vedení se používají k oddělení z dutiny lapače.
Klystron vs Magnetron (Rozdíl mezi Klystronem a Magnetronem)
Chcete-li zjistit rozdíly mezi Klystronem a Magnetron, musíme vědět o Magnetronu.
Magnetron: Magnetron je typ vakuové trubice, která generuje signály mikrovlnného frekvenčního rozsahu pomocí interakcí magnetického pole a elektronových paprsků.
| Body diskuse | Klystron | Magnetron |
| Definice | Klystron je typ mikrovlnných trubic, které mohou zesílit vyšší rozsah frekvencí, zejména od rádiových frekvencí po ultra vysoké frekvence. | Magnetron je typ vakuové trubice, která generuje signály mikrovlnného frekvenčního rozsahu pomocí interakcí magnetického pole a elektronových paprsků. |
| Frekvence provozu | Rozsah provozní frekvence pro Klystron je 1 GHz až 25 GHz. | Pracovní kmitočtový rozsah je 500 MHz až 12 GHz. |
| Účinnost | Účinnost je kolem 10% až 20%. | Účinnost magnetronu je relativně vysoká a pohybuje se kolem 40% až 70%. |
| Výstupní výkon | Výstupní výkon se pohybuje v rozmezí 1 milli-watt až 2.5 wattu. | Výstupní výkon se pohybuje mezi 2 mW až 250kW. |
| Vstřikování elektronů | Elektrony jsou obvykle vstřikovány zvenčí. | Elektrony jsou vstřikovány energicky zvenčí. |
| Přechodová dráha elektronů | Elektrony procházejí lineárně podél osy. | Elektrony procházejí spirálovitě podél osy. |
| Použitelnost | Může být použit jako zesilovač i jako oscilátor. | Lze použít pouze jako oscilátor. |
| Aplikace | Klystrony se používají v radarech, jako jsou urychlovače částic, vysílače atd. | Magnetrony se používají v mnoha typech domácích spotřebičů, včetně mikrovlnných trub, speciálních ohřívačů. |
Ahoj, jsem Sudipta Roy. Udělal jsem B. Tech v elektronice. Jsem nadšenec do elektroniky a v současnosti se věnuji oboru Elektronika a komunikace. Mám velký zájem o objevování moderních technologií, jako je AI a strojové učení. Moje práce se věnují poskytování přesných a aktualizovaných údajů všem studentům. Pomáhat někomu při získávání znalostí mi přináší nesmírnou radost.
Spojme se přes LinkedIn –