クライストロン:それに関連する7つの重要な要素

カバー: ダニエルキューラーチューリッヒの線路CC BY-SA 4.0

議論のポイント

マイクロ波管とクライストロンの紹介

マイクロ波管: マイクロ波管は、マイクロ波を生成するデバイスです。 リニアビーム管を製造する電子銃です。

マイクロ波管

画像クレジット:不明な作者不明な作者、 クライストロン管1952、パブリックドメインとしてマークされている、詳細 ウィキメディア·コモンズ

マイクロ波管は一般に、電子ビームとフィールドの相互作用のタイプによってカテゴリに分類されます。 タイプは–

  • リニアビームまたは「O」タイプ
  • クロスフィールドまたは「M」タイプ

リニアビーム: このタイプのチューブでは、電子ビームはチューブの長さを通過し、電界に平行になります。

クロスフィールド: このタイプのチューブでは、集束場は加速電場に垂直です。

マイクロ波管は、増幅器または発振器に分類することもできます。

クライストロン: クライストロンは、特に無線周波数から極超短波まで、より高い周波数範囲を増幅できるマイクロ波管の一種です。 クライストロンはオシレーターとしても使用できます。

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クライストロンアンプ

増幅器では、電子ビームはXNUMXつ以上の共振空洞を介して送信されます。 最初のキャビティはRF入力を受け取り、それを高密度領域と低密度領域に束ねて信号を変調します。 次に、バンチングされたビームは次のキャビティに送られ、バンチング効果が強調されます。 次のまたは最後の空洞では、RFの電力は高度に増幅されたレベルで抽出されます。

20つのキャビティは約80dBのゲインを生成し、90つのキャビティを使用すると最大30〜50dBのゲインが生成される場合があります。 クライストロン増幅器は、メガワットの範囲で電力をピークにすることができます。 約XNUMX%からXNUMX%の電力変換効率があります。

クライストロン増幅器の操作

クライストロン増幅器はRf信号を増幅します。 これは、DC電子ビームの信号の運動エネルギーをRF電力に変換します。 真空内では、電子銃が電子ビームを放出し、高電圧電極が電子ビームを加速します。

次に、入力空洞共振器がビームを受け入れます。 ここで、いくつかの一連の操作が発生します。 最初に、入力キャビティにRFエネルギーが供給されます。 定在波を生成します。 定在波はさらに、電子のビームに作用する振動電圧を生成します。 電場は電子を束ねた。

電場が電子の動きに対抗してビームを減速すると、すべての束が出力キャビティに入ります。 このようにして、運動エネルギーから電子の位置エネルギーへの変換が行われます。

反射クライストロンと反射クライストロンの働き

反射クライストロン: 反射クライストロンは、単一キャビティを備えたクライストロンであり、キャビティの隣にある反射電極を使用して電子ビームを介して正のフィードバックを提供することにより、発振器として機能します。 反射クライストロンは、キャビティサイズを調整するために機械的に調整することができます。

クライストロン

反射クライストロン

画像のクレジット: エルバードVarianV-260モデルCC BY-SA 3.0

反射クライストロンは、反射クライストロンの発明者のXNUMX人である科学者ロバートサットンの名前にちなんで「サットンチューブ」と呼ばれることがよくあります。 これは、一部のレーダー受信機の局部発振器としての用途を持つ低電力クライストロンです。

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反射クライストロンの働き

クライストロン
概略構造、画像クレジット: Reflex.sch.enpCC BY-SA 3.0

反射クライストロンでは、電子ビームはクライストロンに存在する唯一の空洞を通過します。 パス後、それらは負に帯電した電極の反射板によって反射されます。 彼らは空洞をもう一度通過します。 その後、それらが収集されます。 電子ビームが最初の通過をするとき、それらは速度変調されます。 電子バンチは、反射電極とキャビティのドリフトスペース内に形成されます。

リフレクター電圧は、最大の分岐を確保するように調整されています。 電子ビームは反射板で反射され、空洞に再び入ります。 最大分岐により、最大量のエネルギーが電子ビームから無線周波数振動に確実に伝達されます。 反射クライストロンの電子チューニング範囲は、通常、XNUMXつの半分のPowerPoint間の周波数の変化と呼ばれます。

反射クライストロンの応用

反射クライストロンのいくつかを以下に示します。

  • 反射クライストロンの重要な用途のXNUMXつは、受信機としてのラジオおよびレーダーシステムです。
  • それらは信号発生器としても使用されます。
  • 反射クライストロンは周波数変調器として使用できます。
  • また、ポンプ発振器や局部発振器としても使用できます。

今日では、反射クライストロンのアプリケーションのほとんどが半導体技術に取って代わられています。

ジャイロクリストロン

ジャイロクリストロンは、クライストロンとほぼ同じ動作をするマイクロ波増幅器の一種です。 しかし、ジャイロクリストロンの場合、クライストロンとは異なり、電子の束は軸方向ではありません。 代わりに、変調力によってサイクロトロン周波数が変化するため、運動の方位角部分が位相分岐を作成します。

最後のまたは出力キャビティで、受信した電子はそれらのエネルギーをキャビティ電界に転送し、増幅されたRF信号をキャビティから結合することができます。 ジャイロクリストロンの空洞構造は円筒形または同軸です。 通常のクライストロンに対するジャイロクライストロンの主な利点は、ジャイロクライストロンが通常のクライストロンでは非常に困難な高周波で高出力を提供できることです。

光学クライストロン

光クライストロンは、内部の増幅方法がクライストロンと同じである装置です。 実験は主に光周波数のレーザーで行われ、自由電子レーザーとして知られています。 これらのタイプのデバイスは、マイクロ波空洞の代わりに「アンジュレータ」を使用します。

XNUMXつのキャビティクライストロン

XNUMXキャビティクライストロンは、入手可能な最も単純なタイプのクライストロンです。 名前が示すように、このタイプのクライストロンにはXNUMXつのマイクロ波空洞があります。 それらは「キャッチャー」および「バンチャー」として知られています。 XNUMXつの空洞のクライストロンを増幅器として使用すると、バンチャーは弱いマイクロ波信号を受信して​​キャッチャーから結合し、増幅されます。

XNUMXつの空洞のクライストロンの働き

このクライストロンには、電子を発生させる電子銃があります。 アノードはそれらから一定の距離に配置されます。 電子はアノードに引き付けられ、高い正の電位でアノードを通過します。 チューブの外側の外部磁場は、ビーム軸に沿って縦磁場を生成します。 ビームが広がるのを防ぐのに役立ちます。

電子ビームは最初に「バンチャー」キャビティを通過します。 キャビティの両側にグリッドがあります。 電子ビームは定在波振動への励起を生成し、それはさらにグリッド全体で振動するAC電位を引き起こします。 フィールドの方向は、XNUMXサイクルでXNUMX回変化します。 電子は、入口グリッドが負のときにキャビティに入り、出口グリッドが正のときに出ます。 フィールドは、モーションを加速するときにモーションに影響を与えます。 場の方向が変わった後、電子の動きは減速します。

そこの「バンチャー」キャビティの後、coms ドリフトスペース」。 ここでは、加速された電子が減速された電子と束になるときに、電子の束が発生します。 長さは、最大の分岐が発生するように正確に作成されます。

次に、「キャッチャー」キャビティがあります。 両側に同様のグリッドがあります。 グリッド

電子ビームからエネルギーを吸収します。 ここでの「バンチャー」のように、電場の方向転換により電子が移動し、電子が機能します。 ここで、それらの動きによって生成された運動エネルギーは、位置エネルギーに変換されます。 そうするために、振動電場の振幅が増加します。 これが、「バンチャー」キャビティの信号が「キャッチャー」キャビティで増幅される方法です。 指定されたタイプの導波管と伝送ラインは、キャッチャーキャビティから結合するために使用されます。

クライストロンvsマグネトロン(クライストロンとマグネトロンの違い)

クライストロンとの違いを見つけるために マグネトロン、マグネトロンについて知る必要があります。

マグネトロン: マグネトロンは、磁場と電子ビームの相互作用の助けを借りて、マイクロ波周波数範囲の信号を生成する一種の真空管です。

議論のポイントクライストロンマグネトロン
定義クライストロンは、特に無線周波数から極超短波まで、より高い周波数範囲を増幅できるマイクロ波管の一種です。マグネトロンは、磁場と電子ビームの相互作用の助けを借りて、マイクロ波周波数範囲の信号を生成する一種の真空管です。
操作の頻度クライストロンの動作周波数範囲は1GHz〜25GHzです。動作周波数範囲は500MHz〜12GHzです。
効率効率は約10%から20%です。マグネトロンの効率は比較的高く、40%から70%程度です。
出力パワー出力電力の範囲は1ミリワットから2.5ワットです。出力電力の範囲は2mW〜250kWです。
電子の注入電子は通常、外部から注入されます。電子は外部から力強く注入されます。
電子の通過経路電子は軸に沿って直線的に移動します。電子は軸に沿ってらせん状に移動します。
使いやすさアンプとしてもオシレーターとしても使用できます。オシレーターとしてのみ使用できます。
アプリケーションクライストロンは、粒子加速器、送信機などのレーダーで使用されます。マグネトロンは、電子レンジ、特殊ヒーターなど、さまざまな種類の家電製品に使用されています。
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