Klystron
Un klystron est un spécialisé de tube électronique (tube électronique du linéaire-faisceau évacué). Le klystron grec mot du pseudo- vient de l'extrémité de κλυσ- de forme de tige (klys de ) d'un verbe grec se rapportant à l'action des vagues se cassant contre un rivage et et de l'électron de de mot. Les frères Russell et Sigurd Varian de l'Université de Stanford sont généralement considérés les inventeurs du klystron. Leur prototype a été accompli en août 1937. Sur la publication en 1939, les nouvelles du klystron ont immédiatement influencé le travail des chercheurs des USA et du R-U travaillant à l'équipement du radar . Le Varians a continué pour fonder les associés de Varian de pour commercialiser la technologie (par exemple pour faire à petit accélérateurs linéaires pour produire des photons pour thérapie radiologique externe de de faisceau ). En leur papier 1939, ils ont reconnu la contribution d'A. Arsenjewa-Heil et d'O. Heil (épouse et mari) pour leur théorie de modulation de vitesse en 1935.
Pendant la deuxième guerre mondiale, les puissances d'axe se sont fondées la plupart du temps sur (alors bas-actionné) la technologie de klystron pour leur génération de micro-onde de système de radar, alors que les alliés employaient la technologie bien plus puissante mais fréquence-dérivante du magnétron de cavité pour la génération de micro-onde. Des technologies de tube de klystron pour des applications très de haute puissance telles que des synchrotrons et des systèmes de radar, ont été depuis développées.
Explication
Des klystrons sont utilisés comme oscillateur (tel que le klystron réflexe) ou l'amplificateur à la micro-onde et aux fréquences par radio du pour produire les deux signaux de référence de basse puissance pour les récepteurs Superheterodyne du radar du et pour produire les ondes porteuses de haute puissance pour des communications et la force d'entraînement pour les accélérateurs linéaires tout de les klystrons modernes sont des amplificateurs, puisque des klystrons réflexes ont été surpassés par des technologies douces. Les amplificateurs à klystron ont l'avantage (au-dessus du magnétron ) du avec cohérence amplifiant un signal de référence ainsi son rendement peut être avec précision commandé dans l'amplitude , la fréquence et la phase . Beaucoup de klystrons ont un guide d'ondes pour l'énergie de micro-onde d'accouplement dans et hors du dispositif, bien que ce soit également tout à fait terrain communal pour que la puissance faible et les klystrons inférieurs de fréquence emploient les accouplements coaxiaux à la place. Dans certains cas une sonde d'accouplement est employée pour coupler l'énergie de micro-onde d'un klystron dans un guide d'ondes externe séparé.
amplificateur à klystron de Deux-cavité
Dans le klystron two-chamber, un faisceau d'électrons de la cathode d'un canon électronique est injecté dans une cavité résonnante du . Le faisceau d'électrons est contraint par un champ magnétique axial et est accéléré par un potentiel positif dans un passage se reliant (appelé un tube de dérive de ) à une deuxième chambre résonnante contenant l'anode chargée d'a franchement -. Tout en passant par la première cavité, le faisceau d'électrons est vitesse modulée (périodiquement rassemblé) par le signal faible de rf. Dans l'armature mobile du faisceau d'électrons, la modulation de vitesse est équivalente à une oscillation de plasma, ainsi dans un quart d'une période de la fréquence de plasma, la modulation de vitesse est convertie en modulation de densité, c. groupes des électrons. Pendant que les électrons liés entrent dans la deuxième chambre ils induisent les ondes stationnaires à la même fréquence que le signal d'entrée. Le signal induit dans la deuxième chambre est beaucoup plus fort que celui dans le premier.
oscillateur de klystron de Deux-cavité
Le klystron d'amplificateur de deux-cavité est aisément transformé en klystron d'oscillateur en fournissant une boucle de la rétroaction entre l'entrée et les cavités de rendement. les klystrons d'oscillateur de Deux-cavité ont l'avantage d'être parmi les sources de la micro-onde de bas-bruit disponibles, et pour cette raison ont été souvent employés dans les systèmes de bloc d'éclairage du missile visant les radars que le klystron d'oscillateur de deux-cavité développe normalement plus de puissance que le klystron&mdash réflexe ; typiquement watts de rendement plutôt que des milliwatts. Puisqu'il n'y a aucun réflecteur, seulement un approvisionnement à haute tension est exigé ; cependant, pour faire osciller le tube, la tension doit être ajustée sur une valeur particulière. C'est parce que le faisceau d'électrons doit produire les électrons liés dans la deuxième cavité afin de produire de puissance de sortie. La tension doit être ajustée en variant la vitesse du faisceau d'électrons sur un niveau approprié dû à la séparation physique fixe entre les deux cavités. Souvent plusieurs " ; modes" ; de l'oscillation peut être observé dans un klystron donné.
Klystron réflexe
Dans le klystron réflexe, les passages de faisceau d'électrons par une cavité résonnante simple. Les électrons sont mis le feu dans une extrémité du tube par un canon électronique . Après dépassement par la cavité résonnante ils sont reflétés par l'électrode chargée de réflecteur d'a négativement - pour un autre passage par la cavité, où ils sont alors rassemblés. Le faisceau d'électrons est vitesse modulée quand il traverse d'abord la cavité. La formation des groupes d'électron a lieu dans l'espace de dérive entre le réflecteur et la cavité. La tension sur le réflecteur doit être ajustée de sorte que se rassembler soit à un maximum pendant que le faisceau d'électrons réintroduit la cavité résonnante, de ce fait assurer un maximum d'énergie est transféré à partir du faisceau d'électrons aux oscillations du rf dans la cavité. La tension devrait toujours être alimentée avant de fournir les données au klystron réflexe car la fonction entière du klystron réflexe serait détruite si l'approvisionnement est fourni après l'entrée. La tension de réflecteur peut être variée légèrement de la valeur optima, qui a comme conséquence une certaine perte de puissance de sortie, mais également dans une variation de la fréquence. Cet effet est employé au bon avantage pour la commande automatique de fréquence dans les récepteurs, et dans la modulation de fréquence pour des émetteurs. Le niveau de la modulation appliqué pour la transmission est assez petit que le rendement de puissance demeure essentiellement constant. Aux régions loin de la tension optima, aucune oscillation n'est obtenue du tout. Ce tube s'appelle un klystron réflexe parce qu'il repousse l'approvisionnement d'entrée ou remplit la fonction opposée de l'A.Il y a souvent plusieurs régions de tension de réflecteur où le klystron réflexe oscillera ; celles-ci désigné sous le nom des modes. La gamme de accord électronique du klystron réflexe désigné habituellement sous le nom de la variation de la fréquence entre le points&mdash de demi-puissance ; les points en mode de oscillation où le rendement de puissance est moitié de rendement maximum en mode.
La technologie moderne du semi-conducteur a effectivement remplacé le klystron réflexe dans la plupart des applications.
Klystron de Multicavity
Dans des tous les klystrons modernes, le nombre de cavités dépasse deux. Un plus grand nombre de cavités peut être employé pour augmenter le gain du klystron, ou pour augmenter la largeur de bande.
Accord d'un klystron
Quelques klystrons ont des cavités qui sont réglables. L'accord d'un klystron est les affaires sensibles que sinon fait correctement peuvent causer à des dommages à l'équipement (les klystrons peuvent coûter autant qu'une maison ou une voiture de luxe) ou même à des dommages au technicien. Par l'ajustement les boutons gradués ont trouvé sur le corps du klystron, grilles en métal à l'intérieur du changement de cavités de klystron la fréquence de résonance que les cavités résonne à fournir le rendement de puissance maximal d'émetteur (TPO) pour la fréquence désirée. Le technicien fait attention à ne pas dépasser les limites des repéres, parce que la grille peut tomber le tire-bouchon sur lequel la grille monte, à l'intérieur de la cavité. Ceci endommage de manière permanente le klystron et peut même avoir comme conséquence une vague de puissance incorrectement reflétée de nouveau dans l'équipement ascendant, endommageant davantage.Les fabricants envoient généralement une carte avec les calibrages uniques pour les caractéristiques du fonctionnement d'un klystron, celle énumère les repéres qui doivent être placés, pour n'importe quelle fréquence donnée. Aucun deux klystrons ne sont semblables (même lorsque comparant comme des klystrons de numéro de partie/type) de sorte que chaque carte soit spécifique à l'unité individuelle. Les klystrons ont des numéros de série sur chacun de eux qui les distingue uniquement, et pour le quel fabricants peuvent (si tout va bien) avoir les caractéristiques de fonctionnement dans une base de données. Sinon, la perte de la carte de calibrage peut être un problème insoluble, rendant le klystron inutilisable ou exécuter marginalement un-tuned.
D'autres précautions prises en accordant un klystron incluent using les outils non ferreux. Si le les outils que ferreux de (par magnétisme réactif) viennent trop étroitement aux champs magnétiques intenses qui contiennent le faisceau d'électrons (même lorsqu'arrêtés, ces champs sont présents puisqu'ils sont dus aux aimants permanents) l'outil peut être tiré dans l'unité par la force magnétique intense, doigts sensationnels, blessant le technicien, ou endommageant le klystron. Des outils non magnétiques légers spéciaux faits d'alliage du béryllium ont été utilisés pour accorder des klystrons de l'Armée de l'Air des États-Unis.
Des précautions sont par habitude prises en transportant des dispositifs de klystron librement dans des avions, comme champ magnétique intense peuvent interférer l'équipement magnétique de navigation. Des overpacks spéciaux sont conçus pour aider à limiter ce " de champ ; dans le domaine, " ; et transporter ainsi le klystron sans risque.
Klystron optique
Dans un klystron optique les cavités sont remplacées par le Undulators Les tensions très élevées sont nécessaires. Le canon électronique, le tube de dérive et le collecteur sont encore utilisés.
Klystron de flottement de tube de dérive
Le klystron de flottement de tube de dérive a une chambre cylindrique simple contenir un tube central électriquement d'isolement. Électriquement, c'est semblable au klystron d'oscillateur de deux cavités avec beaucoup de rétroaction entre les deux cavités. Les électrons sortant la cavité de source sont vitesse modulée par le champ électrique car ils voyagent par le tube de dérive et émergent à la chambre de destination dans les groupes, fournissant la puissance à l'oscillation dans la cavité. Ce type de klystron d'oscillateur a un avantage par rapport au klystron de deux-cavité sur lequel il est basé. Il a besoin seulement d'un élément de accord pour effectuer des changements de la fréquence. Le tube de dérive est électriquement - isolé des murs de cavité, et de la polarisation de C.C est appliqué séparément. La polarisation de C.C sur le tube de dérive peut être ajustée pour changer le temps de passage par elle, de ce fait permettant l'accord électronique de la fréquence de oscillation. La quantité d'accord de cette manière n'est pas grande et est normalement employée pour la modulation de fréquence en transmettant.
Collecteur
Après que l'énergie de rf ait été extraite à partir du faisceau d'électrons, le faisceau est détruit dans un collecteur. Quelques klystrons incluent les collecteurs déprimés, qui récupèrent l'énergie du faisceau avant de rassembler les électrons, augmentant l'efficacité. Les collecteurs déprimés à plusieurs étages augmentent le rétablissement d'énergie par le " ; sorting" ; les électrons dans des casiers d'énergie.
Applications
La puissance de micro-onde de produit de klystrons loin au-dessus de cela s'est développée par le à semi-conducteur. Dans les systèmes modernes, ils sont épuisés de la fréquence ultra-haute (100 de mégahertz) par des centaines de gigahertz (comme dans les klystrons prolongés d'interaction dans le satellite de CloudSat). Des klystrons peuvent être trouvés au travail dans le radar , le satellite et la communication de haute puissance à large bande (très terrain communal dans radiodiffusion de télévision et bornes satellites d'EHF), et la physique de grande énergie (accélérateurs de particules et réacteurs expérimentaux) de . Au SLAC , par exemple, on utilise des klystrons par habitude qui ont des sorties dans la gamme de 50 mégawatts (impulsion) et 50 kilowatts (temps-sont faits la moyenne) aux fréquences s'approchant de 3 gigahertz " du de la Science populaire de ; Meilleur de ce qui est nouveau 2007" ; [http://www.com/popsci/flat/bown/2007/innovator_2.html] a inclus une compagnie using un klystron pour convertir les hydrocarbures en matériaux journaliers, perte des véhicules à moteur, charbon , schiste pétrolifère , et sables d'huile en gaz naturel et carburant diesel .
Confusion avec le Krytron
Un tube par tromperie pareillement appelé, le Krytron , est utilisé dans des applications simples de commutation. Il a récemment gagné la renommée comme commutateur rapide qui peut être utilisé dans des armes nucléaires pour détoner avec précision des explosifs aux vitesses, afin de commencer le processus de fission. Krytrons ont été également employés dans des photocopieurs, soulevant des questions de transfert de technologie de guerre aux pays pour les articles de ce type, qui ont un " ; . " à double utilisation ;.