Klistron i refleksni klistron

VISOKOFREKVENCIJSKA ELEKTRONIKA

Klistron i refleksni klistronTravanj 2015. FESB Split Tihomir Perkovi 512Sadraj:1. Uvod2. Klistron3. Refleksni klistron4. Literatura1. UvodIzumljen od brae Russella i Sigurda VarianasaStanford University 1937. godine.Klistronje specijalnaelektronska cijevkoja se koristi kaooscilator,pojaava, iumnoava frekvencijau podruju centimetarskih i decimetarskih valova. Rad im se zasniva na brzinskoj modulacijielektrona.2. KlistronKlistron je mikrovalna cijev u kojoj se odvija proces interakcije EM polja i snopa elektrona ime se pridodaju jo neki efekti proleta elektrona .

Moemo postii efekt da snop elektrona predaje energiju elektrinom polju, to je osnovni princip rada klistrona.2.1. Dvorezonantni klistronSastoji se principijelno od katode, dva rezonatora i kolektora. R1 i R2 su rezonatori visokog faktora dobrote i u njima elektromagnetsko polje moe dugo titrati. Izmeu rezonatora R1 i katode obino se nalaze elektrode za fokusiranje snopa.2.1. Dvorezonantni klistronElektroni se pomou elektrinog polja od katode ubrzavaju prema rezonatoru.Vri se brzinska modulacija.

2.1. Dvorezonantni klistronKlistron moemo analizirati uz sljedee pretpostavke, a koje su donekle ispunjene u stvarnosti.1. Vrijeme prolaska elektrona kroz reetke prvog, i drugog rezonatora je zanemarivu u usporedbi s periodom. 2. Izmjenini napon izmeu reetki prvog rezonatora znatno je manji od katodnog potencijala.2.2. Brzina ulaska elektrona u R1Brzina kojom elektrona stie u R1:

Masa me = 9,12e-3kg, naboj e = 1,6e-19 As)

2.3. Jednadba brzinske modulacije

Elektron koji proe kroz rezonator kada je faza napona t1 = 0 izie iz njega s nepromijenjenom brzinom.Meutim brzina v1 na izlazu iz R1 varira izmeu svoje minimalna i maksimalne brzine.

2.4. Vrijeme prelaska puta izmeu rezonatoraBri elektroni sustiu one s manjom brzinom koji su prije njih proli kroz R1, pa se postie i modulacija gustoe snopa u tom meuprostoru, odnosno strujna modulacija. Sada je potrebno na neki nain zadovoljiti fazne odnose tako da oni predaju energiju polju.

2.5. Prijeeni putPromotrimo elektron koji stie u rezonator R1 kada je polje u rezonatoru jednako nuli.

Namjetanjem napona i brzine elektrona koji izlijeu iz katode moemo postii da veina elektrona koji prou R1 stignu u R2 u trenutku kada je polje u R2 maksimalno.

2.6. Brzinski dijagramOva situacija opisana je brzinskim dijagramom na slici. Faza prolaska kroz R1 od maksimalnog usporavanja do maksimalnog ubrzavanja naziva se faza grupiranja.

2.7. Faktor iskoritenjaP0 - snaga izvora napajanjaP~ - predana snagaJ1(M) - Besselova funkcija prvog reda prve vrsteV0-katodni naponV2-napon na R2

Faktor iskoritenja ovisi o i omjeru amplituda napona V2/V1 koji je znatno manji od 1.Teoretski, za:

2.8. Primjeri

3. Refleksni klistronRefleksni klistron je mikrovalni generator male snage reda 10-500 mW i radi na frekvencijama od 1 do 25 GHz s korisnou 20-30 %.

Sadri jedan rezonator te, uz naponski izvor kojim kontroliramo potencijal katode, i istosmjerni naponski izvor u protuspoju kojim namjetamo negativni potencijal reflektora.3.1. Refleksni klistronElektroni se ubrzavaju zbog napona V0 prema rezonatoru, te se brzinski moduliraju.nastavljaju put prema reflektoru koji je na negativnom potencijalu u odnosu na rezonator.tako da ih istosmjerno polje usporava i konano okree smjer te oni ponovo prolaze kroz reetke rezonatora.Razmak s izmeu rezonatora i reflektora treba dimenzionirati tako da elektroni u povratku predaju energiju.3.1. Refleksni klistron

3.1. Refleksni klistronU sluaju refleksnog klistrona bri elektroni dopiru dalje prema reflektoru, te im treba vie vremena da se vrate nego sporijima. Stoga se grupiranje vri oko elektrona koji prolazi u trenutku kada polje na rezonatoru prelazi iz ubrzavajueg u usporavajue. Refleksni klistron je jednostavniji i u upotrebi od klistrona s dva rezonatora. Oscilacije se postiu samo podeavanjem napona reflektora i katode.3.2. Daljina dopiranja elektronaSnop elektrona izbaenih s katode brzinom v0 dolazi na prvu reetku rezonatora, u kojem se brzinski modulira zbog djelovanja elektrinog polja u rezonatoru te elektroni iz snopa imaju razliite poetne brzine pri izlasku iz rezonatora.

Pri povratku svi elektroni imaju istu akceleraciju a ali nemaju svi istu poetnu brzinu v1.

3.3. Uvjet za osciliranje i snagaDa bi dolo do oscilacija kako je ve pokazano prije mora biti

Za manji n imamo veu mikrovalnu snagu na izlazu, ali manji n zahtijeva vei napon reflektora VR za odreeni katodni napon V0.

3.3. Uvjet za osciliranjeDa bi dolo do oscilacija mora biti zadovoljeni ovaj uvjeti u pogledu odnosa potencijala reflektora i katode u odnosu na rezonator. Dakle, samo njihovim podeavanjem doi e d0 oscilacija.

Budui da gornju jednadbu zadovoljava vie kombinacija vrijednosti napona VR i V0 mogue je osciliranje kod raznih.

Primjeri

Primjena klistronaPrimjenjuju se u:Radarskim sustavimaSatelitskim komunikacijskim sustavimaMedicini (radijacijska onkologija)Visokoenergetskoj fizici (akceleratori estica)4. LiteraturaZanchi Blaevi , Mikrovalna elektronika 2012http://en.wikipedia.org/wiki/KlystronHvala na sluanju!