Klystron

Klistrón

El klistrón o klystron Es una válvula de vacío de electrones en la cual se produce una modulación inicial de velocidad impartida a los electrones. En la última etapa se genera un campo eléctrico que es función de la velocidad modulada del haz de electrones y que finalmente genera una corriente de microondas. Se utiliza como amplificador en la banda de microondas o como oscilador.

Fue inventada en 1937 por los hermanos Russell y Sigurd Varian quienes estudiaban y trabajaban en la universidad estadounidense de Stanford.

Se distinguen dos tipos de klistrones:

Klistrón de dos cavidades: en una cavidad se modula el haz de electrones por la señal de entrada, y en la segunda cavidad se extrae la señal amplificada.

Klistrón reflex: sólo contiene una cavidad. El haz de electrones la atraviesa dos veces: en la primera se modula con la señal; se refleja en un electrodo negativo, llamado reflector, y regresa a la cavidad, donde se extrae la señal. Fue de amplio uso como oscilador de microondas en radares y equipos de laboratorio.

Los klystron pueden trabajar a frecuencias que superan los 200 GHz. Los de varias cavidades se utilizan como amplificadores de alta potencia.

Con mayor número de cavidades se consigue mayor ganancia. Algunos tienen hasta siete cavidades.

Sintonizando todas las cavidades a la misma frecuencia se consigue la máxima ganancia y el menor ancho de banda y variando la sintonía de las cavidades se aumenta el ancho de banda y la ganancia disminuye.

Se utilizan en radares, transmisores de TV, satélites, medicina, etc.

Un klistrón es un tubo de vacío lineal de haz especializado, inventado en 1937 por los ingenieros eléctricos Americana Russel y Sigurd Varian, que se utiliza como un amplificador de altas frecuencias, a partir de las frecuencias de radio UHF arriba en el rango de microondas. Klistrones de baja potencia se utilizan como osciladores locales en los receptores superheterodinos de radar, mientras que klistrones de alta potencia se utilizan como tubos de salida de los transmisores UHF de televisión, microondas, relé de comunicación por satélite, y los transmisores de radar, y para generar la potencia de accionamiento para los aceleradores de partículas modernos.

Amplificadores Klystron tienen la ventaja de amplificar coherentemente una señal de referencia por lo que su salida puede ser controlada con precisión en amplitud, frecuencia y fase. Muchos klistrones utilizan guías de ondas para el acoplamiento de energía de microondas en y fuera del dispositivo, aunque también es bastante común para una energía más baja y klistrones de frecuencias más bajas para utilizar acoplamientos de cable coaxial en su lugar. En algunos casos, una sonda de acoplamiento se usa para acoplar la energía de microondas a partir de un klistrón en una guía de ondas externa separada.

Todos klystrons modernos amplificadores, ya klistrones reflex, que fueron utilizados como osciladores en el pasado, han sido superados por las tecnologías alternativas.

El nombre klistrón proviene de la forma del tallo ? S-de un verbo griego se refiere a la acción de las olas rompiendo contra una costa, y el final de la palabra de electrones.

Historia

Los hermanos Russell y Sigurd Varian de la Universidad de Stanford son los inventores de la klystron. Su prototipo fue terminado en agosto de 1937 - Tras la publicación en 1939, la noticia de la klystron influyó inmediatamente el trabajo de investigadores de Estados Unidos y el Reino Unido que trabajan en equipos de radar. Los Varian pasó a fundar Varian Associates para comercializar la tecnología. Su trabajo construido en la descripción de la modulación de la velocidad por A. Arsenjewa-Heil y Oskar Heil en 1935, aunque las Varian probablemente eran conscientes del trabajo de los Heils '.

El trabajo del físico W.W. Hansen fue fundamental en el desarrollo de la klystron y fue citado por los hermanos Varian en su artículo 1939. Su análisis del resonador, que trata el problema de la aceleración de electrones hacia un objetivo, se podría utilizar del mismo modo que para desacelerar electrones. Durante la segunda guerra mundial, Hansen dio una conferencia en la radiación laboratorios MIT dos días a la semana, los desplazamientos a Boston de la compañía giroscopio Sperry en Long Island. Su resonador se llamaba un "rhumbatron" por los hermanos Varian. Hansen murió de enfermedad de berilio en 1949 como resultado de la exposición a óxido de berilio.

Durante la Segunda Guerra Mundial, las potencias del Eje se basó sobre todo en la tecnología klystron para su generación microondas sistema de radar, mientras que los aliados utilizan la tecnología más potente, pero la frecuencia deriva de la Cavidad magnetrón de una generación microondas centímetro más corto. Tecnologías de tubo para Klystron mismas aplicaciones de alta potencia, tales como sincrotrones y sistemas de radar, ya que se han desarrollado.

Inmediatamente después de la Segunda Guerra Mundial AT y T utiliza 4 klystrons vatios en su nueva red propia de enlaces de microondas que cubrían el continente EE.UU.. La red ofrece un servicio de telefonía de larga distancia y también llevó a las señales de televisión de las principales cadenas de televisión. Western Union Telegraph Company también construyó enlaces punto a punto de comunicación de microondas utilizando repetidores intermedios en intervalos de aproximadamente 40 millas de la época, utilizando 2K25 klystrons reflejo tanto en los transmisores y receptores.

¿Cómo funciona?

Klistrones amplifican las señales de RF mediante la conversión de la energía cinética en un haz de electrones continua en corriente de radiofrecuencia. Un haz de electrones es producido por un cátodo termoiónico, y acelerado por electrodos de alto voltaje. Este haz se hace pasar entonces a través de un resonador de cavidad de entrada. La energía de RF se introduce en la cavidad de entrada en, o cerca de, su frecuencia de resonancia para producir una tensión que actúa sobre el haz de electrones. El campo eléctrico hace que los electrones montón: electrones que pasan a través de un campo eléctrico durante opuestos son acelerada y posteriormente electrones son frenados, haciendo que el haz de electrones previamente continua para formar racimos en la frecuencia de entrada. Para reforzar el agrupamiento, un klystron puede contener cavidades "agrupador" adicionales. La corriente de RF realizado por el haz va a producir un campo magnético de RF, y esto a su vez excitan un voltaje a través de la brecha de cavidades resonantes posteriores. En la cavidad de salida, la energía de RF está acoplado a cabo desarrollado. El haz de electrones pasado, con una reducción de la energía, es capturado en un colector.

Para hacer un oscilador, la cavidad de salida puede estar acoplado a la cavidad de entrada con un cable coaxial o guía de ondas. La retroalimentación positiva excita oscilaciones espontáneas en la frecuencia de resonancia de las cavidades.

Amplificador klystron dos cavidades

En la klistrón de dos cámaras, el haz de electrones se inyecta en una cavidad resonante. El haz de electrones, acelerados por un potencial positivo, se ve obligado a viajar a través de un tubo cilíndrico deriva en una trayectoria recta por un campo magnético axial. Mientras pasa a través de la primera cavidad, el haz de electrones es la velocidad modulada por la señal de RF débil. En el marco de movimiento del haz de electrones, la modulación de la velocidad es equivalente a una oscilación de plasma. Oscilaciones de plasma son rápidas oscilaciones de la densidad de electrones en la realización de los medios de comunicación, tales como los plasmas o metales .. Así, en un cuarto de un periodo de la frecuencia de plasma, la modulación de la velocidad se convierte en la modulación de densidad, es decir, los manojos de electrones. Como los electrones agrupados entran en la segunda cámara que inducen las ondas estacionarias en la misma frecuencia que la señal de entrada. La señal inducida en la segunda cámara es mucho más fuerte que en el primero. Cuando se energiza el tubo, el cátodo emite electrones que se centran en un haz por una tensión positiva baja en la rejilla de control. El haz se acelera a continuación, por un potencial de corriente continua positiva muy alta que se aplica en igual amplitud tanto a la rejilla acelerador y las rejillas Buncher. Las rejillas Buncher están conectados a un resonador de cavidad que superpone un potencial de corriente alterna de la tensión de corriente continua. Los potenciales de Ac son producidos por oscilaciones dentro de la cavidad que comienzan espontáneamente cuando se energiza el tubo. Las oscilaciones iniciales son causadas por campos aleatorios y los desequilibrios de circuito que están presentes cuando el circuito está energizado. Las oscilaciones dentro de la cavidad producen un campo electrostático oscilante entre las rejillas Buncher la que está en la misma frecuencia que la frecuencia natural de la cavidad. La dirección de los cambios en el campo con la frecuencia de la cavidad. Estos cambios alternativamente acelerar y desacelerar los electrones del haz de cruce a través de las rejillas. El área más allá de las redes Buncher se llama espacio DRIFT. Los electrones forman racimos en esta área cuando los electrones acelerados superar a los electrones se desaceleró.

La función de las redes COLECTOR es absorber la energía del haz de electrones. Las rejillas colector se colocan a lo largo de la viga en un punto donde los racimos están completamente formados. La

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