Cubierto por : danielkuehler, Vías de tren en Zurich, CC BY-SA 4.0
Puntos de discusión
- Introducción a los tubos de microondas y Klystron (¿Qué es Klystron?)
- Amplificador Klystron (Operación de Klystron)
- Klystron reflejo y trabajo
- giroklystron
- Klystron óptico
- Klystron de dos cavidades
- Klystron contra Magnetrón
Introducción a los tubos de microondas y Klystron
Tubos de microondas: Los tubos de microondas son dispositivos que generan microondas. Son los cañones de electrones que producen tubos de haz lineal.
Tubo de microondas
Crédito de la imagen: Autor desconocido Autor desconocido, Tubo Klystron 1952, marcado como dominio público, más detalles sobre Wikimedia Commons
Los tubos de microondas se dividen generalmente en categorías según el tipo de interacción del campo de haz de electrones. Los tipos son:
- Haz lineal o tipo "O"
- Campo cruzado o tipo "M"
Haz lineal: En este tipo de tubo, el haz de electrones atraviesa la longitud del tubo y es paralelo al campo eléctrico.
Campo cruzado: En este tipo de tubo, el campo de enfoque es perpendicular al campo eléctrico acelerado.
Los tubos de microondas también se pueden clasificar en amplificadores u osciladores.
Klistrón: Klystron es un tipo de tubos de microondas que pueden amplificar el rango más alto de frecuencias, especialmente desde frecuencias de radio hasta frecuencias ultra altas. Klystrons también se puede utilizar como oscilador.
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Amplificador Klystron
En un amplificador, el haz de electrones se envía a través de dos o más cavidades resonantes. La primera cavidad recibe la entrada de RF y la agrupa en regiones de alta y baja densidad para modular la señal. La viga agrupada luego pasa a la siguiente cavidad, lo que acentúa el efecto de agrupación. En la cavidad siguiente o final, la potencia de RF se extrae a un nivel altamente amplificado.
Las dos cavidades generan aproximadamente 20 dB de ganancia y el uso de cuatro cavidades puede producir hasta 80-90 dB de ganancia. Los amplificadores Klystron pueden alcanzar potencias máximas en el rango de megavatios. Tiene eficiencias de conversión de energía de aproximadamente 30% a 50%.
Operación del amplificador Klystron
Los amplificadores Klystron amplifican la señal Rf. Convierte la energía cinética de la señal en un haz de electrones de CC en potencia de RF. Dentro de un vacío, un cañón de electrones emite un haz de electrones y los electrodos de alto voltaje aceleran el haz de electrones.
Luego, un resonador de cavidad de entrada acepta el haz. Aquí se produce una serie de operaciones. Al principio, la cavidad de entrada se alimenta con energía de RF. Crea ondas estacionarias. La onda estacionaria produce además voltajes oscilantes que funcionan en el haz de un electrón. El campo eléctrico agrupó los electrones.
Cada manojo entra en la cavidad de salida cuando el campo eléctrico desacelera el rayo al oponerse al movimiento del electrón. Así es como se produce la conversión de energía cinética a energía potencial de los electrones.
Klystron reflejo y funcionamiento del klystron reflejo
Klystron reflejo: Reflex klystron es un klystron con una sola cavidad que actúa como un oscilador mediante el uso de un electrodo reflector junto a la cavidad para entregar retroalimentación positiva a través del haz de electrones. Los klistrones reflejos se pueden ajustar mecánicamente para ajustar el tamaño de la cavidad.
Klystron reflejo
Crédito de la imagen: Erbade, Modelo Varian V-260, CC BY-SA 3.0
Un klistrón reflejo a menudo se llama "Sutton Tube" por el nombre del científico Robert Sutton, uno de los inventores del klystron Reflex. Es un klystron de baja potencia con aplicaciones como oscilador local en algunos de los receptores de radar.
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Trabajo de Reflex Klystron
En un klystron reflejo, el haz de electrones pasa a través de la única cavidad presente en el klystron. Después del pase, se reflejan en un reflector de un electrodo cargado negativamente. Hacen otro paso por la cavidad. Luego se recogen. Cuando el haz de electrones tiene su primer paso, se modula la velocidad. Los grupos de electrones se forman dentro del espacio de deriva del electrodo reflector y la cavidad.
El voltaje del reflector está ajustado para asegurar la máxima ramificación. El haz de electrones se refleja en el reflector y vuelve a entrar en la cavidad. La ramificación máxima asegura que la cantidad máxima de energía se transfiera desde el haz de un electrón a la oscilación de radiofrecuencia. El rango electrónico de sintonización de un klystron reflejo se denomina típicamente el cambio de frecuencia entre dos medios PowerPoint.
Aplicaciones de Reflex Klystron
Algunos de los klistrones reflejos se enumeran a continuación.
- Una de las aplicaciones importantes de los klistrones reflejos es en los sistemas de radio y RADAR como receptores.
- También se utilizan como generadores de señales.
- Los klistrones reflejos se pueden utilizar como moduladores de frecuencia.
- Además, se pueden utilizar como oscilador de bomba y osciladores locales.
Hoy en día, la mayoría de las aplicaciones de reflex klystron han sido reemplazadas por tecnologías de semiconductores.
giroklystron
Gyroklystron es uno de los tipos de amplificadores de microondas cuyo funcionamiento es casi el mismo que el de un klystron. Pero para un Gyroklystron, a diferencia de un klystron, el agrupamiento de un electrón no es axial. En cambio, las fuerzas de modulación cambian la frecuencia del ciclotrón y, por lo tanto, la parte azimutal del movimiento crea la ramificación de fase.
En la última cavidad o en la cavidad de salida, los electrones recibidos transfieren sus energías al campo eléctrico de la cavidad, y la señal de RF amplificada puede acoplarse desde la cavidad. La estructura de la cavidad de un Gyroklystron es cilíndrica o coaxial. La principal ventaja de un Gyroklystron sobre un klystron normal es que un Gyroklystron es capaz de entregar alta potencia a altas frecuencias, lo que es muy difícil para un klystron típico.
Klystron óptico
Los klistrones ópticos son los dispositivos donde el método de amplificación en el interior es el mismo que el de un klistrón. Los experimentos se realizan principalmente en láseres a frecuencias ópticas y se conocen como láser de electrones libres. Estos tipos de dispositivos usan 'onduladores' en lugar de cavidades de microondas.
Klystron de dos cavidades
El klystron de dos cavidades es el tipo más simple de klystron disponible. Como sugiere su nombre, este tipo de klystron tiene dos cavidades de microondas. Se les conoce como 'catcher' y 'buncher'. Si el klystron de dos cavidades se usa como amplificador, el buncher recibe la señal de microondas débil y se acopla desde el receptor, y se amplifica.
Funcionamiento de un klystron de dos cavidades
En este klystron, hay un cañón de electrones que genera electrones. Se coloca un ánodo a cierta distancia de ellos. El electrón es atraído por el ánodo y lo atraviesa con un alto potencial positivo. Un campo magnético externo, fuera de los tubos, produce un campo magnético longitudinal a lo largo del eje del haz. Ayuda a detener la propagación del rayo.
El haz de electrones pasa primero a través de la cavidad "agrupadora". Hay rejillas a ambos lados de la cavidad. El haz de electrones produce la excitación de las oscilaciones de la onda estacionaria, lo que provoca además un potencial de CA oscilante a través de las rejillas. La dirección del campo varía dos veces para un solo ciclo. Los electrones entran en la cavidad cuando la rejilla de entrada es negativa y salen cuando la rejilla de salida es positiva. El campo afecta el movimiento a medida que los acelera. Después del cambio de dirección del campo, el movimiento de los electrones se desacelera.
Después de la cavidad 'buncher' allí, viene el espacio de deriva '. El agrupamiento de electrones se produce aquí cuando los electrones acelerados se agrupan con los electrones desacelerados. La longitud se hace precisamente para que se produzca la máxima ramificación.
Luego viene la cavidad del 'receptor'. Tiene rejillas similares en cada lado. Las rejillas
absorbe la energía de los haces de electrones. Al igual que el 'agrupador' aquí, el electrón se mueve debido al cambio de dirección del campo eléctrico y por lo tanto los electrones funcionan. Aquí la energía cinética producida por su movimiento se convierte en energías potenciales. Para ello se incrementa la amplitud del campo eléctrico oscilante. Así es como se amplifica la señal de la cavidad del 'buncher' en la cavidad del 'catcher'. Se utilizan tipos específicos de guías de ondas y líneas de transmisión para acoplarse desde la cavidad del receptor.
Klystron vs Magnetron (diferencia entre Klystron y Magnetron)
Para averiguar las diferencias entre el Klystron y Microonda, tenemos que saber sobre el magnetrón.
Microondas El magnetrón es un tipo de tubo de vacío que genera señales del rango de frecuencia de microondas, con la ayuda de interacciones de un campo magnético y haces de electrones.
| Puntos de discusión | klistrón | Microonda |
| Definición | Klystron es un tipo de tubos de microondas que pueden amplificar el rango más alto de frecuencias, especialmente desde frecuencias de radio hasta frecuencias ultra altas. | El magnetrón es un tipo de tubo de vacío que genera señales del rango de frecuencia de microondas, con la ayuda de interacciones de un campo magnético y haces de electrones. |
| Frecuencia de operación | El rango de frecuencia de funcionamiento de Klystron es de 1 GHz a 25 GHz. | El rango de frecuencia de trabajo es de 500 MHz a 12 GHz. |
| Eficiencia | La eficiencia es de alrededor del 10% al 20%. | La eficiencia del magnetrón es relativamente alta y oscila entre el 40% y el 70%. |
| Potencia de salida | La potencia de salida varía entre 1 milivatio y 2.5 vatios. | La potencia de salida varía entre 2 mW y 250kW. |
| Inyección de electrones | Los electrones generalmente se inyectan desde el exterior. | Los electrones se inyectan con fuerza desde el exterior. |
| Recorrido de los electrones | Los electrones se mueven linealmente a lo largo del eje. | Los electrones atraviesan en espiral a lo largo del eje. |
| usabilidad | Puede utilizarse tanto como amplificador como como oscilador. | Solo se puede utilizar como oscilador. |
| Aplicaciones | Los klystrons se utilizan en RADARES, como aceleradores de partículas, transmisores, etc. | Los magnetrones se utilizan en muchos tipos de electrodomésticos, incluidos hornos microondas y calentadores especiales. |
Hola, soy Sudipta Roy. He realizado B. Tech en Electrónica. Soy un entusiasta de la electrónica y actualmente me dedico al campo de la Electrónica y las Comunicaciones. Tengo un gran interés en explorar tecnologías modernas como la IA y el aprendizaje automático. Mis escritos están dedicados a proporcionar datos precisos y actualizados a todos los estudiantes. Ayudar a alguien a adquirir conocimientos me produce un inmenso placer.
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