Klystron | Applications fonctionnelles et importantes | Analyse de plus de 5 types

Klystron

Couvert par : DanielkuehlerVoies ferrées à ZuerichCC BY-SA 4.0

Points de discussion

Introduction aux tubes micro-ondes et au Klystron

Tubes à micro-ondes: Les tubes à micro-ondes sont des appareils qui génèrent des micro-ondes. Ce sont les canons à électrons qui produisent des tubes à faisceau linéaire.

Tube à micro-ondes

Crédit d'image: Auteur inconnu Auteur inconnu, Tube de Klystron 1952, marqué comme domaine public, plus de détails sur Wikimedia Commons

Les tubes hyperfréquences sont généralement divisés en catégories selon le type d'interaction faisceau d'électrons-champ. Les types sont -

  • Poutre linéaire ou type «O»
  • Champ croisé ou type "M"

Poutre linéaire: Dans ce type de tube, le faisceau d'électrons traverse la longueur du tube, et il est parallèle au champ électrique.

Champ croisé: Dans ce type de tube, le champ de focalisation est perpendiculaire au champ électrique accélérateur.

Les tubes micro-ondes peuvent également être classés en amplificateurs ou oscillateurs.

Klystron: Klystron est un type de tubes micro-ondes qui peut amplifier la gamme de fréquences supérieure, en particulier des fréquences radio aux fréquences ultra hautes. Les klystrons peuvent également être utilisés comme oscillateur.

Klystron

Klystron utilisé pour la communication spatiale

Crédit image: Enoch LauKlystronCC BY-SA 3.0

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Amplificateur Klystron

Dans un amplificateur, le faisceau d'électrons est envoyé à travers deux ou plusieurs cavités résonnantes. La toute première cavité reçoit l'entrée RF et la regroupe en régions à haute et basse densité pour moduler le signal. Le faisceau groupé passe ensuite dans la cavité suivante, ce qui accentue l'effet de groupage. Dans la cavité suivante ou finale, la puissance du RF est extraite à un niveau hautement amplifié.

Les deux cavités génèrent environ 20 dB de gain et l'utilisation de quatre cavités peut produire jusqu'à 80 à 90 dB de gain. Les amplificateurs Klystron peuvent atteindre des puissances maximales de l'ordre du mégawatt. Il a des rendements de conversion de puissance d'environ 30% à 50%.

Fonctionnement de l'amplificateur Klystron

Les amplificateurs Klystron amplifient le signal Rf. Il convertit l'énergie cinétique du signal dans un faisceau d'électrons CC en puissance RF. À l'intérieur d'un vide, un canon à électrons émet un faisceau d'électrons et les électrodes haute tension accélèrent le faisceau d'électrons.

Ensuite, un résonateur à cavité d'entrée accepte le faisceau. Ici, une série d'opérations se produit. Au début, la cavité d'entrée est alimentée en énergie RF. Cela crée des ondes stationnaires. L'onde stationnaire produit en outre des tensions oscillantes qui fonctionnent sur le faisceau d'un électron. Le champ électrique regroupait les électrons.

Chaque paquet entre dans la cavité de sortie lorsque le champ électrique ralentit le faisceau en s'opposant au mouvement de l'électron. C'est ainsi que se produit la conversion de l'énergie cinétique en énergie potentielle des électrons.

Reflex klystron et fonctionnement du réflexe klystron

Réflexe Klystron: Reflex klystron est un klystron avec une cavité unique qui agit comme un oscillateur en utilisant une électrode de réflecteur à côté de la cavité pour fournir une rétroaction positive à travers le faisceau d'électrons. Les klystrons réflexes peuvent être réglés mécaniquement pour ajuster la taille de la cavité.

Klystron

Réflexe Klystron

Crédit image: ErbadeModèle Varian V-260CC BY-SA 3.0

Un klystron réflexe est souvent appelé «tube de Sutton» d'après le nom du scientifique Robert Sutton, l'un des inventeurs du klystron Reflex. Il s'agit d'un klystron de faible puissance avec des applications comme oscillateur local dans certains récepteurs radar.

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Fonctionnement de Reflex Klystron

Klystron
Une structure schématique, crédit d'image: Reflex.sch.enpCC BY-SA 3.0

Dans un klystron réflexe, le faisceau d'électrons passe à travers la seule cavité présente dans le klystron. Après le passage, ils sont réfléchis par un réflecteur d'une électrode chargée négativement. Ils font un autre passage dans la cavité. Ensuite, ils sont collectés. Lorsque le faisceau d'électrons a son premier passage, ils sont modulés en vitesse. Les paquets d'électrons sont formés à l'intérieur de l'espace de dérive de l'électrode réflectrice et de la cavité.

La tension du réflecteur est réglée pour assurer la dérivation maximale. Le faisceau d'électrons est réfléchi par le réflecteur et rentre dans la cavité. La ramification maximale garantit que la quantité maximale d'énergie est transférée du faisceau d'électrons à l'oscillation radiofréquence. La plage de réglage électronique d'un klystron réflexe est généralement appelée changement de fréquence entre deux demi-PowerPoint.

Applications de Reflex Klystron

Certains des klystrons réflexes sont énumérés ci-dessous.

Klystron
Applications dans Synchrotron, crédit d'image: jjronAust.-Synchrotron, -Klystron-for-Storage-Ring, -14.06.2007CC BY-SA 3.0
  • L'une des applications importantes des klystrons réflexes est dans les systèmes radio et RADAR en tant que récepteurs.
  • Ils sont également utilisés comme générateurs de signaux.
  • Les klystrons réflexes peuvent être utilisés comme modulateurs de fréquence.
  • En outre, ils peuvent être utilisés comme oscillateur de pompe et oscillateurs locaux.

De nos jours, la plupart des applications du réflexe klystron ont été remplacées par les technologies des semi-conducteurs.

Gyroklystron

Le gyroklystron est l'un des types d'amplificateurs micro-ondes dont le fonctionnement est presque le même que celui d'un klystron. Mais pour un Gyroklystron, contrairement à un klystron, le groupage d'un électron n'est pas axial. Au lieu de cela, les forces de modulation changent la fréquence du cyclotron, et ainsi la partie azimutale du mouvement crée la ramification de phase.

Au niveau de la dernière cavité ou de la cavité de sortie, les électrons reçus transfèrent leurs énergies au champ électrique de la cavité, et le signal RF amplifié peut être couplé à partir de la cavité. La structure de la cavité d'un gyroklystron est cylindrique ou coaxiale. Le principal avantage d'un gyroklystron par rapport à un klystron normal est qu'un gyroklystron est capable de fournir une puissance élevée à des fréquences élevées, ce qui est très difficile pour un klystron typique.

Klystron optique

Les klystrons optiques sont les appareils où la méthode d'amplification à l'intérieur est la même que celle d'un klystron. Les expériences sont effectuées principalement sur des lasers à des fréquences optiques, et elles sont connues sous le nom de laser à électrons libres. Ces types d'appareils utilisent des «onduleurs» à la place des cavités micro-ondes.

Klystron à deux cavités

Le klystron à deux cavités est le type le plus simple de klystron disponible. Comme son nom l'indique, ce type de klystron possède deux cavités micro-ondes. Ils sont connus sous le nom de «receveur» et de «groupeur». Si le klystron à deux cavités est utilisé comme amplificateur, le groupeur reçoit le signal micro-ondes faible et se couple du capteur, et il est amplifié.

Fonctionnement d'un Klystron à deux cavités

Dans ce klystron, il y a un canon à électrons qui génère des électrons. Une anode est placée à une certaine distance d'eux. Les électrons sont attirés par l'anode et les traversent avec un potentiel positif élevé. Un champ magnétique externe, à l'extérieur des tubes, produit un champ magnétique longitudinal le long de l'axe du faisceau. Cela aide à empêcher le faisceau de se propager.

Le faisceau d'électrons traverse d'abord la cavité du «groupeur». Il y a des grilles des deux côtés de la cavité. Le faisceau d'électrons produit une excitation aux oscillations des ondes stationnaires, ce qui provoque en outre un potentiel alternatif oscillant à travers les grilles. La direction du champ varie deux fois pour un seul cycle. Les électrons entrent dans la cavité lorsque la grille d'entrée est négative et en sort lorsque la grille de sortie est positive. Le champ affecte le mouvement à mesure qu'il les accélère. Après le changement de direction du champ, le mouvement des électrons est ralenti.

Après la cavité du `` groupeur '', vient le espace de dérive ». Le groupage d'électrons se produit ici lorsque les électrons accélérés sont groupés avec les électrons décélérés. La longueur est faite précisément pour que la ramification maximale se produise.

Puis vient la cavité du «receveur». Il a des grilles similaires de chaque côté. Les grilles

absorbe l'énergie des faisceaux d'électrons. Comme le «groupeur» ici, l'électron se déplace en raison du changement de direction du champ électrique et donc les électrons fonctionnent. Ici, l'énergie cinétique produite par leur mouvement est convertie en énergies potentielles. L'amplitude du champ électrique oscillant est augmentée pour ce faire. C'est ainsi que le signal de la cavité «groupeur» est amplifié dans la cavité «capteur». Des types spécifiés de guides d'ondes et de lignes de transmission sont utilisés pour se coupler à partir de la cavité du capteur.

Klystron vs Magnetron (Différence entre le Klystron et le Magnétron)

Pour découvrir les différences entre le Klystron et le Magnétron, nous devons connaître le Magnétron.

Micro-ondes: Le magnétron est un type de tube à vide qui génère des signaux de la gamme de fréquences micro-ondes, à l'aide d'interactions d'un champ magnétique et de faisceaux d'électrons.

Points de discussionKlystronMicro-onde
DéfinitionKlystron est un type de tubes micro-ondes qui peut amplifier la gamme de fréquences supérieure, en particulier des fréquences radio aux fréquences ultra hautes.Le magnétron est un type de tube à vide qui génère des signaux de la gamme de fréquences micro-ondes, à l'aide d'interactions d'un champ magnétique et de faisceaux d'électrons.
Fréquence de fonctionnementLa plage de fréquences de fonctionnement pour Klystron est de 1 GHz à 25 GHz.La plage de fréquences de travail est de 500 MHz à 12 GHz.
ÉconomiquesL'efficacité est d'environ 10% à 20%.L'efficacité du magnétron est relativement élevée et se situe autour de 40% à 70%.
Puissance de sortieLa puissance de sortie varie entre 1 milliwatt et 2.5 watts.La puissance de sortie varie entre 2 mW et 250 kW.
Injection d'électronsLes électrons sont généralement injectés de l'extérieur.Les électrons sont injectés avec force de l'extérieur.
Traversée des électronsLes électrons traversent linéairement le long de l'axe.Les électrons traversent en spirale le long de l'axe.
ConvivialitéPeut être utilisé aussi bien comme amplificateur que comme oscillateur.Peut être utilisé uniquement comme oscillateur.
ApplicationsLes klystrons sont utilisés dans les RADARS, comme les accélérateurs de particules, les émetteurs, etc.Les magnétrons sont utilisés dans de nombreux types d'appareils ménagers, y compris les fours à micro-ondes, les appareils de chauffage spéciaux.

À propos de Sudipta Roy

Je suis un passionné d'électronique et je me consacre actuellement au domaine de l'électronique et des communications.
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