Специални електронни устройства за микровълнови фурни - Flight klystron
Полет клистрон
Идеята за създаване на летящ клистрон е предложена за първи път от Д. А. Рожански. Диаграмата на устройството и включването на клистрон с две кухини в транзит за усилване на трептенията е показана на фиг. 25.1, и. Електронният поток от катода към анода преминава през две двойки решетки, които са части от стените на резонаторите на кухината 1 и R2 (понякога вместо решетки се правят дупки в стените на резонаторите). Резонатор 1 сервира входна верига. С помощта на коаксиална линия и комуникационен контур, усилени трептения с честота е. Мрежите му един и 2 форма модулатор (бункер), при който скоростта на електрона се модулира. Резонатор R2 сервира изходна верига. В него се получават усилени вибрации. Тяхната енергия се приема чрез комуникационна верига и коаксиална линия. Решетки 3 и 4 форма ловец. Положително напрежение се прилага както към резонаторите, така и към анода UR, създаване между окото един и ускоряващо поле от катода, под въздействието на което електроните влизат в модулатора със значителна скорост v0.
Ако в резонатора R1 възникват вибрации, след това между решетките един и 2 създава се редуващо се електрическо поле, което въздейства върху електронния поток и променя (модулира) неговата скорост. По време на полупериода, когато е в мрежата 2 положително и на мрежата един отрицателен променлив потенциал, полето между решетките ще се ускорява и електроните, летящи през модулатора, ще получат допълнителна скорост Δv. През следващия половин цикъл на мрежата 2 потенциалът е отрицателен и в мрежата един - положително, т.е.полето става забавящо за електрони, които намаляват скоростта си с Δv. Само онези електрони, които преминават през модулатора в момента, когато напрежението е нула, продължават да се движат със скорост v0.
По този начин, в пространството между окото 3 и 2, Наречен дрейф пространство (или място за групиране), електроните с различни скорости падат. В това пространство няма електрическо поле, тъй като между решетките 3 и 2 няма потенциална разлика и електроните летят по инерция с постоянни скорости. Електроните с по-висока скорост настигат електроните, движещи се с по-ниска скорост. В резултат електронният поток се разделя на отделни по-плътни групи електрони - електронни снопове. Можем да кажем, че поради модулацията на електронния поток по отношение на скоростта в пространството на дрейфа, този поток се модулира по отношение на плътността.
Фигура: 25.1. Принципът на проектиране и работа на летящ клистрон с две кухини
Съсирването на електроните може да бъде показано графично. На фиг. 25.1, b показва графика на зависимостта на пътя с от време т за електрони, преминаващи през модулатора по различно време, и графика на променливото напрежение в резонатора 1. Разстояние с се отчита от модулатора. Електроните се движат равномерно в пространството на дрейфа и графиките на тяхното движение ще бъдат прави линии, чийто наклон показва скоростта на движение.
Помислете за движението на три електрона, преминаващи през модулатора на моменти тедин, т2 и т3 Нека електроните да влязат в модулатора със същата скорост и времето на полета им през модулатора е много по-малко от периода. Тогава електронът, преминаващ през модулатора в момента т2, ще лети по-нататък със същата скорост v0 и графиката му е права линия с някакъв среден наклон. Графиката на движението на електрон, преминаващ през модулатора в момента т1 има по-малък наклон, тъй като този електрон е забавен в резонатора и скоростта му е по-ниска. И електронът, съответстващ на момента т3, ще получи допълнителна скорост в резонатора и неговата графика ще стане по-стръмна. И трите линии се пресичат в една точка. Това означава, че и трите електрона са групирани в този момент по пътя си. Други електрони, преминаващи през модулатора по междинни моменти, също ще пристигнат в този момент приблизително по същото време. Що се отнася до електроните, преминаващи през модулатора преди момента т1 и по-късен момент т3, тогава, както показват графиките, те не са групирани.
По този начин само електрони, които преминават през модулатора през половината от периода, са групирани в куп. Доброто „удебеляване“ е възможно само ако дълбочината на модулация на електронната скорост е малка, т.е. промяната в скоростта на електроните под въздействието на модулиращото променливо поле е незначителна в сравнение със скоростта, която те получават от постоянното ускоряващо напрежение . Следователно променливото напрежение между резонаторните решетки трябва да бъде значително по-малко от прякото напрежение Uстр. Свързването на електроните в куп се повтаря за една половина от всеки период.
Постоянен натиск Up е избран така, че електронният сноп да е в капана, т.е. на разстояние д от модулатора. Ако напрежение Up е голямо, тогава електронният сноп ще бъде получен на по-голямо разстояние (между улавника и анода) и при ниско напрежение Up ще бъде твърде близо (в дрейф пространство). Оттук следва, че ускоряващото напрежение Up трябва да бъде съвсем категоричен и стабилен.
След точката на най-голяма концентрация на електронния поток електроните отново се разминават. Ако продължим графиките за движението на електроните, се оказва, че групирането в куп ще се повтори отново на разстояние 3d, тогава 5 д и т.н. Това обаче на практика не се използва, тъй като е нерентабилно да се увеличава размерът на устройството.
И така, електронните снопове пристигат в капана, следвайки се един друг с честота е Те създават в резонатор R2 импулса на индуцирания ток и възбуждат трептения в него. За да се получи максималната амплитуда на вибрациите, резонаторът R2 трябва да се настрои на честотата е към която е настроен и резонаторът R1 Точно както във високочестотния усилващ етап, анодните импулси на ток преминават през анодната осцилаторна верига и създават усилени трептения в нея, така че в клистрона в резонатора се създава електронен лъч, състоящ се от снопове R2 усилени вибрации. Усилването възниква поради енергията на източник с постоянно напрежение Uстр, което създава ускоряващо поле. Електроните получават голяма енергия в това поле и поради факта, че в резонатора 1, скоростта им е модулирана, те отдават част от тази енергия на резонатора R2.