Coperto da : Daniel Kuehler, Binari del treno a Zuerich, CC BY-SA 4.0
Punti di discussione
- Introduzione ai tubi a microonde e Klystron (che cos'è Klystron?)
- Amplificatore Klystron (operazione di Klystron)
- Klystron riflesso e lavoro
- Giroklystron
- Klystron ottico
- Klystron a due cavità
- Klystron contro Magnetron
Introduzione ai tubi a microonde e Klystron
Tubi a microonde: I tubi a microonde sono dispositivi che generano microonde. Sono i cannoni elettronici che producono tubi a fascio lineare.
Tubo a microonde
Credito immagine: autore sconosciuto, autore sconosciuto, Tubo Klystron 1952, contrassegnato come dominio pubblico, maggiori dettagli su Wikimedia Commons
I tubi a microonde sono generalmente suddivisi in categorie in base al tipo di interazione fascio di elettroni-campo. I tipi sono -
- Trave lineare o tipo "O"
- Tipo a campo incrociato o "M"
Fascio lineare: In questo tipo di tubo, il fascio di elettroni attraversa la lunghezza del tubo ed è parallelo al campo elettrico.
Campo incrociato: In questo tipo di tubo, il campo di focalizzazione è perpendicolare al campo elettrico in accelerazione.
I tubi a microonde possono anche essere classificati in amplificatori o oscillatori.
Klystron: Klystron è un tipo di tubi a microonde in grado di amplificare la gamma più alta di frequenze, in particolare dalle frequenze radio alle frequenze ultra alte. Klystrons può essere utilizzato anche come Oscillatore.
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Amplificatore Klystron
In un amplificatore, il fascio di elettroni viene inviato attraverso due o più cavità risonanti. La primissima cavità riceve l'ingresso RF e lo raggruppa in regioni ad alta e bassa densità per modulare il segnale. La trave raggruppata passa quindi alla cavità successiva, che accentua l'effetto raggruppamento. Nella cavità successiva o finale, la potenza della RF viene estratta a un livello altamente amplificato.
Le due cavità generano circa 20 dB di guadagno e l'utilizzo di quattro cavità può produrre fino a 80-90 dB di guadagno. Gli amplificatori Klystron possono raggiungere potenze di picco nella gamma di megawatt. Ha efficienze di conversione di potenza da circa il 30% al 50%.
Funzionamento dell'amplificatore Klystron
Gli amplificatori Klystron amplificano il segnale Rf. Converte l'energia cinetica del segnale in un fascio di elettroni CC in potenza RF. All'interno di un vuoto, un cannone elettronico emette un fascio di elettroni e gli elettrodi ad alta tensione accelerano il fascio di elettroni.
Quindi, un risonatore a cavità di ingresso accetta il raggio. Qui si verificano alcune serie di operazioni. Inizialmente, la cavità di ingresso viene alimentata con energia RF. Crea onde stazionarie. L'onda stazionaria produce inoltre tensioni oscillanti che funzionano sul fascio di un elettrone. Il campo elettrico raggruppava gli elettroni.
Ogni grappolo entra nella cavità di uscita quando il campo elettrico decelera il raggio opponendosi al movimento dell'elettrone. È così che avviene la conversione dell'energia cinetica in energia potenziale degli elettroni.
Klystron riflesso e lavorazione del klystron riflesso
Klystron riflesso: Il klystron riflesso è un klystron con una cavità singola che funge da oscillatore utilizzando un elettrodo riflettore vicino alla cavità per fornire un feedback positivo attraverso il fascio di elettroni. I klystron riflessi possono essere regolati meccanicamente per regolare le dimensioni della cavità.
Klystron riflesso
Immagine di credito: erbade, Modello Varian V-260, CC BY-SA 3.0
Un klystron riflesso è spesso chiamato "Sutton Tube" dal nome dello scienziato Robert Sutton, uno degli inventori del klystron Reflex. È un klystron a bassa potenza con applicazioni come oscillatore locale in alcuni dei ricevitori radar.
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Lavorare di Reflex Klystron
In un klystron riflesso, il fascio di elettroni viene fatto passare attraverso l'unica cavità presente nel klystron. Dopo il passaggio, vengono riflessi da un riflettore di un elettrodo caricato negativamente. Fanno un altro passaggio attraverso la cavità. Quindi vengono raccolti. Quando il fascio di elettroni ha il primo passaggio, vengono modulati in velocità. I grappoli di elettroni si formano all'interno dello spazio di deriva dell'elettrodo riflettore e della cavità.
La tensione del riflettore è regolata per garantire la massima ramificazione. Il fascio di elettroni viene riflesso dal riflettore e rientra nella cavità. La ramificazione massima fa in modo che la massima quantità di energia venga trasferita dal fascio di un elettrone all'oscillazione a radiofrequenza. La gamma elettronica di sintonizzazione di un klystron riflesso viene in genere indicata come il cambiamento di frequenza tra due metà PowerPoint.
Applicazioni di Reflex Klystron
Alcuni dei klystron riflessi sono elencati di seguito.
- Una delle applicazioni significative dei klystrons riflessi è nei sistemi Radio e RADAR come ricevitori.
- Sono anche usati come generatori di segnali.
- I klystron riflessi possono essere usati come modulatori di frequenza.
- Inoltre, possono essere utilizzati come oscillatori a pompa e oscillatori locali.
Oggigiorno, la maggior parte delle applicazioni del klystron riflesso è stata sostituita dalle tecnologie dei semiconduttori.
Giroklystron
Gyroklystron è uno dei tipi di amplificatori a microonde il cui funzionamento è quasi lo stesso di un klystron. Ma per un Gyroklystron, a differenza di un klystron, il raggruppamento di un elettrone non è assiale. Invece, le forze di modulazione cambiano la frequenza del ciclotrone e quindi la parte azimutale del movimento crea la ramificazione di fase.
All'ultima o alla cavità di uscita, gli elettroni ricevuti trasferiscono le loro energie al campo elettrico della cavità e il segnale RF amplificato può essere accoppiato dalla cavità. La struttura della cavità di un Gyroklystron è cilindrica o coassiale. Il vantaggio principale di un Gyroklystron rispetto a un normale klystron è che un Gyroklystron è in grado di fornire un'elevata potenza alle alte frequenze, cosa molto difficile per un tipico klystron.
Klystron ottico
I klystron ottici sono i dispositivi in cui il metodo di amplificazione all'interno è lo stesso di un klystron. Gli esperimenti vengono condotti principalmente su laser a frequenze ottiche e sono noti come laser a elettroni liberi. Questi tipi di dispositivi utilizzano "ondulatori" al posto delle cavità delle microonde.
Klystron a due cavità
Il klystron a due cavità è il tipo più semplice di klystron disponibile. Come suggerisce il nome, questo tipo di klystron ha due cavità a microonde. Sono conosciuti come "catcher" e "clusterer". Se il klystron a due cavità viene utilizzato come amplificatore, il grappolo riceve il debole segnale a microonde e si accoppia dal ricevitore e viene amplificato.
Lavoro di un Klystron a due cavità
In questo klystron c'è un cannone elettronico che genera elettroni. Un anodo è posto a una certa distanza da loro. L'elettrone viene attratto dall'anodo e lo attraversa con un alto potenziale positivo. Un campo magnetico esterno, esterno ai tubi, produce un campo magnetico longitudinale lungo l'asse del fascio. Aiuta a fermare la diffusione del raggio.
Il fascio di elettroni passa prima attraverso la cavità "a grappolo". Ci sono griglie su entrambi i lati della cavità. Il fascio di elettroni produce eccitazione per le oscillazioni delle onde stazionarie, che provoca inoltre un potenziale AC oscillante attraverso le griglie. La direzione del campo varia due volte per un singolo ciclo. Gli elettroni entrano nella cavità quando la griglia di ingresso è negativa ed escono quando la griglia di uscita è positiva. Il campo influenza il movimento mentre lo accelera. Dopo il cambio di direzione del campo, il movimento degli elettroni viene rallentato.
Dopo la cavità "a grappolo", arriva il file spazio alla deriva '. Il raggruppamento degli elettroni si verifica qui quando gli elettroni accelerati vengono raggruppati con gli elettroni decelerati. La lunghezza è fatta precisamente in modo che si verifichi la massima ramificazione.
Poi arriva la cavità "catcher". Ha griglie simili su ogni lato. Le griglie
assorbe l'energia dai fasci di elettroni. Come il "raggruppatore" qui, l'elettrone si muove a causa del cambio di direzione del campo elettrico e quindi gli elettroni funzionano. Qui l'energia cinetica prodotta dal loro movimento viene convertita in energie potenziali. A tal fine, l'ampiezza del campo elettrico oscillante viene aumentata. È così che il segnale della cavità "a grappolo" viene amplificato nella cavità del "ricevitore". I tipi specificati di guide d'onda e linee di trasmissione vengono utilizzati per accoppiarsi dalla cavità del ricevitore.
Klystron vs Magnetron (Differenza tra Klystron e Magnetron)
Per scoprire le differenze tra il Klystron e Microonda, dobbiamo sapere del Magnetron.
Magnetrone: Il magnetron è un tipo di tubo a vuoto che genera segnali della gamma di frequenza delle microonde, con l'aiuto delle interazioni di un campo magnetico e di fasci di elettroni.
| Punti di discussione | klystron | Microonda |
| Definizione | Klystron è un tipo di tubi a microonde in grado di amplificare la gamma più alta di frequenze, in particolare dalle frequenze radio alle frequenze ultra alte. | Il magnetron è un tipo di tubo a vuoto che genera segnali della gamma di frequenza delle microonde, con l'aiuto delle interazioni di un campo magnetico e di fasci di elettroni. |
| Frequenza di funzionamento | La gamma di frequenza operativa per Klystron è compresa tra 1 GHz e 25 GHz. | La gamma di frequenze di lavoro è compresa tra 500 MHz e 12 GHz. |
| EFFICIENZA | L'efficienza è compresa tra il 10% e il 20%. | L'efficienza del magnetron è relativamente alta ed è compresa tra il 40% e il 70%. |
| Potenza di uscita | La potenza di uscita varia da 1 milli-watt a 2.5 watt. | La potenza di uscita varia da 2 mW a 250kW. |
| Iniezione di elettroni | Gli elettroni di solito vengono iniettati dall'esterno. | Gli elettroni vengono iniettati con forza dall'esterno. |
| Percorso di attraversamento degli elettroni | Gli elettroni attraversano linearmente lungo l'asse. | Gli elettroni attraversano a spirale lungo l'asse. |
| usabilità | Può essere utilizzato sia come amplificatore che come oscillatore. | Può essere utilizzato solo come Oscillatore. |
| Applicazioni | I Klystron sono usati nei RADAR, come acceleratori di particelle, trasmettitori, ecc. | I magnetron sono utilizzati in molti tipi di elettrodomestici, inclusi forni a microonde, riscaldatori speciali. |
Ciao, sono Sudipta Roy. Ho fatto B. Tech in Elettronica. Sono un appassionato di elettronica e attualmente mi dedico al campo dell'elettronica e delle comunicazioni. Nutro un vivo interesse nell'esplorazione delle tecnologie moderne come l'intelligenza artificiale e l'apprendimento automatico. I miei scritti sono dedicati a fornire dati accurati e aggiornati a tutti gli studenti. Aiutare qualcuno ad acquisire conoscenze mi dà un immenso piacere.
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