Для генерации и усиления микроволн необходимы специальные трубки, называемые микроволновыми трубками . Из всех них Клистрон является важным.
Существенными элементами клистрона являются электронные пучки и резонаторы резонатора. Электронные пучки производятся из источника, а клистроны резонатора используются для усиления сигналов. Коллектор присутствует в конце, чтобы собрать электроны. Вся установка показана на следующем рисунке.
Электроны, испускаемые катодом, ускоряются по направлению к первому резонатору. Коллектор на конце имеет тот же потенциал, что и резонатор. Следовательно, обычно электроны имеют постоянную скорость в зазоре между резонаторами резонатора.
Первоначально в резонатор первого резонатора подается слабый высокочастотный сигнал, который необходимо усилить. Сигнал инициирует электромагнитное поле внутри полости. Этот сигнал передается через коаксиальный кабель, как показано на следующем рисунке.
Благодаря этому полю электроны, которые проходят через резонатор резонатора, модулируются. При достижении второго резонатора электроны индуцируются другим ЭДС на той же частоте. Это поле достаточно сильное, чтобы извлечь большой сигнал из второй полости.
Резонатор полости
Сначала попробуем разобраться в конструктивных деталях и работе резонатора резонатора. На следующем рисунке показан резонатор резонатора.
Простой резонансный контур, состоящий из конденсатора и индуктивного контура, можно сравнить с этим резонатором резонатора. Проводник имеет свободные электроны. Если на конденсатор подается заряд, чтобы зарядить его до напряжения этой полярности, многие электроны удаляются из верхней пластины и вводятся в нижнюю пластину.
Пластина с большим электронным осаждением будет катодом, а пластина с меньшим числом электронов станет анодом. На следующем рисунке показано накопление заряда на конденсаторе.
Линии электрического поля направлены от положительного заряда к отрицательному. Если конденсатор заряжается с обратной полярностью, то направление поля также меняется на противоположное. Смещение электронов в трубке представляет собой переменный ток. Этот переменный ток создает переменное магнитное поле, которое не совпадает по фазе с электрическим полем конденсатора.
Когда магнитное поле достигает максимальной силы, электрическое поле становится равным нулю, и через некоторое время электрическое поле становится максимальным, в то время как магнитное поле равно нулю. Этот обмен силой происходит за цикл.
Закрытый резонатор
Чем меньше значение конденсатора и индуктивности контура, тем выше будет колебание или резонансная частота. Поскольку индуктивность контура очень мала, можно получить высокую частоту.
Для получения более высокочастотного сигнала индуктивность может быть дополнительно уменьшена путем параллельного размещения большего количества индуктивных контуров, как показано на следующем рисунке. Это приводит к образованию замкнутого резонатора, имеющего очень высокие частоты.
В замкнутом резонаторе электрические и магнитные поля ограничены внутренней частью полости. Первый резонатор резонатора возбуждается усиливаемым внешним сигналом. Этот сигнал должен иметь частоту, с которой резонатор может резонировать. Ток в этом коаксиальном кабеле создает магнитное поле, с помощью которого возникает электрическое поле.
Работа Клистрона
Чтобы понять модуляцию электронного пучка, поступающего в первую полость, рассмотрим электрическое поле. Электрическое поле на резонаторе продолжает изменять направление индуцированного поля. В зависимости от этого электроны, выходящие из электронной пушки, контролируют свой темп.
Поскольку электроны заряжены отрицательно, они ускоряются, если движутся в направлении, противоположном направлению электрического поля. Кроме того, если электроны движутся в одном и том же направлении электрического поля, они замедляются. Это электрическое поле продолжает изменяться, поэтому электроны ускоряются и замедляются в зависимости от изменения поля. На следующем рисунке показан поток электронов, когда поле находится в противоположном направлении.
При движении эти электроны попадают в свободное пространство поля, называемое дрейфующим пространством между резонаторами с различными скоростями, которые создают сгустки электронов. Эти гроздья создаются из-за различий в скорости движения.
Эти сгустки входят во второй резонатор с частотой, соответствующей частоте, на которой колеблется первый резонатор. Поскольку все резонаторы резонатора идентичны, движение электронов заставляет колебаться второй резонатор. На следующем рисунке показано формирование электронных сгустков.
Индуцированное магнитное поле во втором резонаторе индуцирует некоторый ток в коаксиальном кабеле, инициируя выходной сигнал. Кинетическая энергия электронов во второй полости почти равна энергии в первой полости, поэтому энергия из этой полости не берется.
Электроны, проходя через вторую полость, лишь немногие из них ускоряются, а сгустки электронов замедляются. Следовательно, вся кинетическая энергия преобразуется в электромагнитную энергию для получения выходного сигнала.
Усиление такого двухрезонаторного клистрона невелико, и поэтому используются многорезонаторные клистроны.
На следующем рисунке показан пример многорезонаторного усилителя Klystron.
При подаче сигнала в первую полость мы получаем слабые сгустки во второй полости. Это создаст поле в третьей полости, которое производит более концентрированные пучки и так далее. Следовательно, усиление больше.