Klystron

Klystron เป็นหลอดสูญญากาศเฉพาะ แบบลำแสงเชิงเส้น (อังกฤษ: specialized linear-beam vacuum tube), ได้รับการประดิษฐ์คิดค้นในปี 1937 โดยวิศวกรไฟฟ้าชาวอเมริกัน รัสเซล และ ซีเกิร์ด Varian, ซึ่งใช้เป็นเครื่องขยายสัญญาณความถี่สูง, จากความถี่วิทยุระดับ UHF ขึ้นไปจนถึงช่วงไมโครเวฟ. klystrons กำลังต่ำจะใช้เป็น oscillators ท้องถิ่นในเครื่องรับเรดาร์ระบบ superheterodyne, ขณะที่ klystrons กำลังสูงจะใช้เป็นหลอดส่งออกในเครื่องส่งสัญญาณโทรทัศน์ความถี่ UHF, เครื่องถ่ายทอดสัญญาณไมโครเวฟ, การสื่อสารดาวเทียม, และเครื่องส่งสัญญาณเรดาร์, และเพื่อสร้างกำลังขับสำหรับ เครื่องเร่งอนุภาคที่ทันสมัย

klystron กำลังสูงที่ใช้สำหรับการสื่อสารยานอวกาศที่ศูนย์การสื่อสารห้วงอวกาศแคนเบอร์รา

klystron กำลังต่ำแบบสะท้อนของรัสเซียเมื่อปี 1963. เอาต์พุตที่ส่งออกมาจากช่องสะท้อน (อังกฤษ: cavity resonator) จะเชื่อมต่อกับขั้วไฟฟ้าที่เขียนว่า ตัวสะท้อนออกภายนอก (อังกฤษ: Externer Resonator). klystrons แบบสะท้อนเกือบจะล้าสมัยแล้วในขณะนี้

klystrons จำนวนมากจะใช้ท่อนำคลื่น(อังกฤษ: waveguide)เพื่อเชื่อมต่อพลังงานไมโครเวฟเข้ากับและออกจากอุปกรณ์, แม้ว่ามันจะยังเป็นเรื่องธรรมดาสำหรับการใช้ klystrons กำลังและความถี่ที่ต่ำกว่า ที่จะใช้การเชื่อมต่อด้วยสายโคแอคเชียลแทน. ในบางกรณี ตัวเชื่อมต่อแบบหัว probe จะถูกใช้ในการเชื่อมต่อพลังงานไมโครเวฟจาก klystron ไปยังท่อนำคลื่นภายนอกที่แยกอยู่ต่างหาก. ท่อนำคลื่นส่งออกของ klystron สามารถเชื่อมกลับเข้ามาที่อินพุทเพื่อจะทำให้มันเป็น อิเล็กทรอนิกส์ ออสซิลเลเตอร์

klystron แบบสะท้อนเป็นประเภทล้าสมัยในที่ซึ่งลำแสงอิเล็กตรอนจะถูกสะท้อนกลับไปตาม เส้นทางของมันโดยอิเล็กโทรดที่มีศักย์ไฟฟ้าสูง. มันถูกใช้เป็น oscillator เหมือนกัน

ชื่อ klystron มาจาก κλυσ (klys) ของคำกริยาในภาษากรีก หมายถึงการกระทำของคลื่นที่ ทำลายชายฝั่งและคำต่อท้าย - τρον ("ตรอน") หมายถึง สถานที่ที่การกระทำเกิดขึ้น. ชื่อ "klystron" ได้รับการแนะนำโดย แฟรงเคิล แฮร์มันน์, อาจารย์ในภาควิชาคลาสสิกที่ Stanford University เมื่อ klystron กำลังอยู่ระหว่างการพัฒนา.

ประวัติ

พี่น้อง รัสเซลและ ซีเกิร์ด Varian แห่งมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดเป็นผู้ประดิษฐ์ klystron. ต้นแบบของพวกเขาเสร็จสมบูรณ์และสาธิตให้เห็นเป็นผลสำเร็จเมื่อวันที่ 30 สิงหาคม 1937. เมื่อตีพิมพ์ในปี 1939 ข่าว klystron มีอิทธิพลในทันทีในการทำงานของนักวิจัยสหรัฐและสหราชอาณาจักรที่ทำงานเกี่ยวกับอุปกรณ์เรดาร์. Varians ได้จัดตั้ง Varian Associates ในการค้าเทคโนโลยี(เช่น เพื่อทำเครื่องเร่งเชิงเส้นขนาดเล็กเพื่อสร้างโฟตอนสำหรับการรักษาด้วยรังสีของลำแสงภายนอก) งานของพวกเขาสร้างขึ้นบนรายละเอียดของการปรับความเร็วโดย A. Arsenjewa-ไฮล์ และ ออสการ์ ไฮล์ (ภรรยาและสามี) ในปี 1935. แม้ว่าพวก Varians อาจจะไม่ได้ตระหนักถึงการทำงานพวก Heils.

งานของนักฟิสิกส์ W.W.แฮนเซน เป็นประโยชน์ในการพัฒนา klystron และได้รับการอ้างถึงโดยพี่น้อง Varian ในสิ่งพิมพ์ปี 1939 ของพวกเขา. การวิเคราะห์ resonator ของเขา, ซึ่งเกี่ยวข้องกับปัญหาของการเร่งอิเล็กตรอนไปยังเป้าหมายอันหนึ่ง, สามารถนำมาใช้เช่นเดียวกับในการชะลอตัวอิเล็กตรอน (เช่น การถ่ายโอนพลังงานจลน์ของพวกมันกับพลังงาน RF ใน resonator). ในช่วงสงครามโลกครั้งที่สอง แฮนเซน สอนหนังสือที่ห้องปฏิบัติการรังสีของเอ็มไอที สองวันต่อสัปดาห์, โดยเดินทางไปบอสตัน จากบริษัท สเปอร์รี ไจโรสโคปที่ลองไอส์แลนด์. resonator ของเขาถูกเรียกว่า "rhumbatron" โดยพี่น้อง Varian. แฮนเซนเสียชีวิตด้วยโรคเบริลเลียมในปี 1949 เป็นผลมาจากการสัมผัสกับเบริลเลียมออกไซด์(Béo)

ในระหว่างสงครามโลกครั้งที่สอง ฝ่ายอักษะพึ่งพาส่วนใหญ่ในเทคโนโลยี klystron (ขณะนั้นเป็นความยาวคลื่นที่ยาวและกำลังต่ำ) ที่ใช้ในระบบเรดาร์ที่ใช้ไมโครเวฟของพวกเขา. ในขณะที่ ฝ่ายพันธมิตรใช้เทคโนโลยีความถี่ลอยที่มีประสิทธิภาพมากกว่ามากๆของ Cavity magnetron สำหรับการผลิตไมโครเวฟที่สั้นกว่าหนึ่งเซนติเมตรมากๆ. เทคโนโลยีหลอด Klystron สำหรับงานกำลังสูงมาก เช่นระบบ synchrotrons และระบบเรดาร์ได้รับการ พัฒนาตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา

ทันทีหลังจาก WW II, AT&T ได้ใช้ klystrons 4 วัตต์ ในเครือข่ายใหม่เอี่ยมของการเชื่อมโยง ไมโครเวฟที่ครอบคลุมทวีปสหรัฐอเมริกาของบริษัท. เครือข่ายให้บริการโทรศัพท์ทางไกลและ ยังขนส่งสัญญาณโทรทัศน์สำหรับเครือข่ายโทรทัศน์ขนาดใหญ่. บริษัทโทรเลข Western Union ยังสร้างการเชื่อมโยงการสื่อสารไมโครเวฟแบบจุดต่อจุด โดยใช้สถานีทวนระหว่างกลางทุกระยะห่างประมาณ 40 กิโลเมตรในเวลานั้น, โดยใช้ klystrons แบบสะท้อนรุ่น 2K25 ทั้งใน เครื่องส่งและเครื่องรับสัญญาณ

วิธีการทำงาน

Klystrons ขยายสัญญาณโดยการแปลงพลังงานจลน์ในลำแสงอิเล็กตรอน DC เป็นพลังงาน คลื่นความถี่วิทยุ. ลำแสงอิเล็กตรอนถูกผลิตโดย thermionic cathode(เม็ดของวัสดุที่มีฟังก์ชันการทำงานต่ำถูกทำให้ร้อน), และถูกเร่งโดยขั้วไฟฟ้าแรงดันสูง (โดยทั่วไปที่หลายสิบกิโลโวลต์). จากนั้น ลำแสงนี้จะผ่านเข้าไปในตัวสะท้อนคลื่นที่เป็นโพลง (อังกฤษ: cavity resonator). พลังงาน RF จะถูกป้อนเข้าที่อินพุทของ cavity ที่ความถี่หรือใกล้ความถี่ resonant ของมันเพื่อผลิตแรงดันไฟฟ้าที่จะมีผลกับลำแสง. สนามไฟฟ้าจะทำให้อิเล็กตรอนมัดรวมกัน: นั่นคืออิเล็กตรอนที่ผ่านไปในระหว่างสนามไฟฟ้าที่ตรงข้ามกันจะถูกเร่งและอิเล็กตรอนที่ตามมาจะมีการชะลอตัว, ทำให้ลำแสงอิเล็กตรอนที่วิ่งอย่างต่อเนื่องก่อนหน้านี้อัดกันแน่นที่ความถี่ของอินพุต. เพื่อเสริมสร้างความแข็งแกร่งของมัดอิเล็กตรอน, klystron อาจมีตัวมัด (อังกฤษ: cavity "Buncher")เพิ่มเติม. ลำแสงจะผ่านท่อ"drift" ในที่ซึ่งอิเล็กตรอนที่เร็วกว่าจะวิ่งไปทันตัวที่วิ่งช้ากว่า, ทำให้เกิดการ "อัดแน่น", จากนั้น พวกมันจะผ่านไปที่ช่อง "จับ". ในขาออกของช่อง"จับ", แต่ละมัดของอิเล็กตรอนจะเข้าสู่ cavity ในเวลาที่อยู่ในวงจรเมื่อสนามไฟฟ้าตรงข้ามกับการเคลื่อนไหวของอิเล็กตรอน, ทำให้พวกมันชะลอตัวลง. ดังนั้น พลังงานจลน์ของอิเล็กตรอนจะถูกแปลงเป็นพลังงานศักย์ของสนาม, เป็นการเพิ่มแอมพลิจูดของ oscillation. การ oscillation ที่ถูกกระตุ้นในช่องจับจะถูกเชื่อมโยงออกมาผ่านสายโคแอค หรือท่อนำคลื่น. ลำแสงอิเล็กตรอนที่ใช้ไปและมีพลังงานลดลงจะถูกจับเอาไว้โดยขั้วไฟฟ้าสะสม (อังกฤษ: collector electrode)

เพื่อสร้างเป็น oscillator, เอาต์พุตของ cavity สามารถเชื่อมกับช่องอินพุท (s) ด้วยสายโคแอคหรือท่อนำคลื่น. feedback เชิงบวกจะกระตุ้นให้เกิดการ oscillate อย่างธรรมชาติที่ความถี่ resonant ของ cavity.

ตัวขยายสัญญาณ klystron สอง cavity

 

ใน klystron แบบสองโพรง, ลำอิเล็กตรอนถูกฉีดโดย resonant cavity. ลำอิเล็กตรอน, ที่ถูกเร่งโดยที่มีศักย์บวก, ถูกบัวคับให้เดินทางผ่าน "หลอด drift" ทรงกระบอก ในเส้นทางตรงโดยสนามแม่เหล็กตามแนวแกน. ในขณะที่ผ่านโพรงแรก, ลำอิเล็กตรอนจะถูกปรับความเร็วโดยสัญญาณ RF ที่อ่อนแอ. ในกรอบการเคลื่อนไหวของลำอิเล็กตรอน, การปรับความเร็วจะเทียบเท่ากับการสั่นของพลาสม่า (อังกฤษ: plasma oscillation). การสั่นของพลาสม่าเป็นการสั่นอย่างรวดเร็วของอิเล็กตรอนที่มีอยู่อย่างหนาแน่นในสื่อตัวนำ เช่น พลาสมาหรือโลหะ. (ความถี่จะขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นนิดหน่อยเท่านั้น) ดังนั้นในช่วงหนึ่งส่วนสี่ของระยะเวลาหนึ่งของความถี่พลาสม่า, การปรับความเร็วจะถูกแปลงเป็นการปรับความหนาแน่น เช่น การมัดแน่นของอิเล็กตรอน. ขณะที่มัดอิเล็กตรอนกำลังวิ่งเข้าห้องที่สอง, พวกมันก่อให้เกิดคลื่นนิ่ง(อังกฤษ: standing wave)ที่ความถี่เดียวกันกับสัญญาณอินพุท. สัญญาณที่เกิดในห้องที่สองนี้มีกำลังมากกว่าในห้องแรก. เมื่อหลอดถูกป้อนพลังงาน, แคโทดปล่อยอิเล็กตรอนซึ่งจะถูกโฟกัสให้อยู่ในรูปลำอิเล็กตรอนโดยแรงดันบวกระดับต่ำในกริดควบคุม. จากนั้นลำแสงจะถูกเร่งความเร็วโดยแรงดัน DC บวกที่สูงมาก ซึ่งเป็นแรงดันจ่ายด้วยขนาดที่เท่ากันไปที่กริดตัวเร่ง(อังกฤษ: accelerator grid)และกริดตัวมัด(อังกฤษ: buncher grid). กริดตัวมัดจะเชื่อมต่อกับ cavity resonator ที่จะนำแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับขึ้นไปขี่อยู่บนแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง. แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับมีการผลิตการสั่นภายใน cavity ที่จะเริ่มต้นทำงานขึ้นเองเมื่อหลอดได้รับพลังงาน. การสั่นในตอนต้นเกิดขึ้นจากสนามแม่เหล็กจากการสุ่มและความไม่สมดุลของวงจรที่เกิดขึ้นเมื่อวงจรได้รับพลังงาน. การสั่นภายใน cavity จะผลิตสนามไฟฟ้าสถิตที่สั่นระหว่างกริดตัวมัดด้วยกันที่ความถี่เดียวกันกับความถี่ธรรมชาติของ cavity. ทิศทางของสนามจะเปลี่ยนแปลงไปตามความถี่ของ cavity. การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้สลับกัน เร่งและชะลอตัวอิเล็กตรอนในลำแสงที่กำลังวิ่งผ่านกริดทั้งหลาย. พื้นที่ที่อยู่หลังกริดตัวมัดเรียกว่า "พื้นที่ลอย"(อังกฤษ: drift space). อิเล็กตรอนจะอัดแน่นในบริเวณนี้เมื่ออิเล็กตรอนที่ถูกเร่งแซงอิเล็กตรอนที่ชะลอความเร็ว.

หน้าที่ของ "กริดจับ" คือการดูดซับพลังงานจากลำอิเล็กตรอน. กริดจับจะถูกวางไว้ตามแนวลำอิเล็กตรอนในจุดที่มีการอัดแน่นเกิดขึ้นอย่างเต็มที่. สถานที่จะถูกกำหนดโดยเวลาการขนส่งของมัดที่ความถี่เรโซแนนซ์ของ cavity (ความถี่เรโซแนนซ์ของช่องจับเป็นความถี่เดียวกันกับช่องมัด). สถานที่ถูกเลือกเพราะการถ่ายโอนพลังงานที่สูงสุดที่ข่องส่งออก(ช่องจับ) จะเกิดขึ้นเมื่อ สนามไฟฟ้าสถิตมีขั้วที่ถูกต้องเพื่อชะลอตัวอิเล็กตรอนที่อัดแน่น. เส้นทาง feedback จะให้ พลังงานของความล่าช้าและความสัมพันธ์ของเฟสที่เหมาะสมในการรักษาการสั่นให้ยั่งยืน. สัญญาณที่จ่ายให้กับกริดตัวมัดจะถูกขยาย ถ้าเส้นทาง feedback ถูกถอดออก.

klystron oscillator แบบสอง cavity

ตัวขยายสัญญาณ klystron แบบสอง cavity สามารถเปิดใช้งานเป็น klystron oscillator ได้เลยโดยการป้อน feedback จากขาออกของ cavity มาที่ขาเข้า. klystron oscillator แบบสอง cavity มีข้อได้เปรียบของการเป็นหนึ่งในแหล่งจ่ายไมโครเวฟที่มีเสียงรบกวนต่ำสุด, และด้วยเหตุนี้ มันจึงมักถูกนำไปใช้ในระบบให้ความสว่างของเรดาร์ชี้เป้าหมายให้ขีปนาวุธ. oscillator klystron แบบสองโพรงปกติจะสร้างพลังงานมากกว่า klystron แบบสะท้อน ซึ่งมักจะมีค่าของการส่งออกเป็นวัตต์แทนที่จะเป็นมิลลิวัตต์. เนื่องจากไม่มีตัวสะท้อนแสง, มันจึงมีแหล่งจ่ายไฟแรงดันสูงเพียงตัวเดียวเท่านั้นที่จะทำให้หลอดเกิดการสั่นได้, แรงดันไฟฟ้าจะต้องมีการปรับให้เป็นค่าเฉพาะ เพราะลำอิเล็กตรอนจะต้องผลิตมัดของอิเล็กตรอนใน cavity ที่สองเพื่อที่จะสร้างพลังงานออก. แรงดันไฟฟ้าจะต้องมีการปรับเพื่อปรับความเร็วของลำอิเล็กตรอน(และ ความถี่)ให้อยู่ในระดับที่เหมาะสมเนื่องจากการระยะห่างทางกายภาพระหว่างสอง cavity มีค่าคงที่. ในตัว klystron หนึ่ง เรามักจะสังเกตเห็น"โหมด" ของการสั่นที่หลากหลาย.

klystron แบบสะท้อน

 

 

ภาพตัดขวางของ klystron แบบสะท้อน

บทความหลัก: Sutton tube

ใน klystron แบบสะท้อน(หรือเรียกว่าหลอดซัตตันตามผุ้นักประดิษฐ์ของมัน, โรเบิร์ต ซัตตัน), ลำอิเล็กตรอนจะผ่านช่องเรโซแนนซ์เพียงช่องเดียว. กลุ่มอิเล็กตรอนจะถูกยิงเข้าไปในปลายด้านหนึ่งของหลอดโดยปืนอิเล็กตรอน. หลังจากผ่านช่องเรโซแนนซ์ พวกมันจะสะท้อนกลับโดยตัวสะท้อนกระจกไฟฟ้าประจุลบเพื่อส่งผ่านไปอีก cavity หนึ่งที่พวกมันจะถูกเก็บรวบรวม. ลำอิเล็กตรอนจะถูกปรับความเร็วเมื่อผ่าน cavity เป็นครั้งแรก. การก่อตัวอัดแน่นของอิเล็กตรอนจะเกิดขึ้นในพื้นที่ลอยระหว่างตัวสะท้อนและ cavity. แรงดันไฟฟ้าบนตัวสะท้อนต้องมีการปรับเปลี่ยนเพื่อให้มีการรวบที่สูงสุดเมื่อลำอิเล็กตรอนเข้าสู่เรโซแนนซ์ cavity อีกครั้งหนึ่ง, เพื่อให้มั่นใจได้ว่าพลังงานสูงสุดจะถูกถ่ายโอนจากลำอิเล็กตรอนไปยังตัวสั่น RF ใน cavity. แรงดันไฟฟ้าของตัวสะท้อนอาจถูกปรับให้ต่างจากค่าที่ดีที่สุดเล็กน้อย, ซึ่งจะส่งผลให้เกิดการสูญเสีย พลังงานที่ส่งออกบางส่วน, แต่ยังมีผลในการเปลี่ยนแปลงของความถี่ด้วย. ผลกระทบนี้จะถูกนำมาใช้เพื่อประโยชน์ที่ดีสำหรับการควบคุมความถี่อัตโนมัติในเครื่องรับ และในกล้ำสัญญาณแบบความถี่(อังกฤษ: frequency modulation)สำหรับเครื่องส่ง. ระดับของการกล้ำสัญญาณที่ใช้สำหรับการส่งจะมีขนาดเล็กพอที่จะทำให้พลังงานที่ส่งออกมีค่าคงที่. ในค่าที่ห่างไกลจากแรงดันไฟฟ้าที่เหมาะสม, การสั่นจะไม่เกิดขึ้นเลย.

แรงดันไฟฟ้าของตัวสะท้อนมักจะมีหลายค่าที่จะทำให้ klystron แบบสะท้อน สั่นได้; ค่าเหล่านี้ จะถูกเรียกว่า โหมด. ช่วงการปรับแต่งด้วยอิเล็กทรอนิกส์ของ klystron แบบสะท้อนมักจะเรียกว่าการเปลี่ยนแปลงในความถี่ระหว่างจุดครึ่งกำลัง ซึ่งเป็นจุดในในโหมดการสั่นที่กำลังเอาต์พุตเป็นครึ่งหนึ่งของการส่งออกสูงสุดในโหมด

เทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์ที่ทันสมัย​​ได้เข้ามาแทนที่ klystron แบบสะท้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพในการใช้งานส่วนใหญ่

klystron แบบหลาย cavity

 

klystrons ขนาดใหญ่ที่ใช้ใน storage ring ของ Australian Synchrotron ที่จะรักษาระดับพลังงานของลำอิเล็กตรอน

ใน klystrons ที่ทันสมัยทั้งหมดจะมีมากกว่าสอง cavity. จำนวน cavity มากๆอาจจะถูกใช้ในการเพิ่ม gain ของ klystron, หรือเพื่อเพิ่มแบนด์วิดธ์

การปรับแต่ง klystron

klystrons บางตัวจะมี cavity ที่สามารถปรับแต่งได้. การปรับแต่ง klystron เป็นงานที่ละเอียดอ่อน ซึ่งหากไม่ทำอย่างถูกต้อง สามารถก่อให้เกิดความเสียหายต่ออุปกรณ์ หรือเป็นอันตรายกับช่างเทคนิค(ถ้าใช้เครื่องมือที่ประกอบด้วยเหล็ก). โดยการปรับความถี่ของ cavity แต่ละตัว, ช่างเทคนิคสามารถเปลี่ยนความถี่การดำเนินการ, เพิ่มกำลังส่งออกหรือแบนด์วิดธ์ของตัวขยายสัญญาณ. ช่างเทคนิคจะต้องระวังไม่ให้เกินขีดจำกัดของ graduations มิฉะนั้นอาจเกิดความเสียหายกับ klystron ได้

ผู้ผลิตมักจะส่งเอกสารที่มีการสอบเทียบที่ไม่ซ้ำกันสำหรับลักษณะการทำงานของ klystron, ที่แสดงรายการของ graduations สำหรับตั้งค่าความถี่ใดๆตามที่ระบุ. ไม่มี klystron ตัวใดที่มีรายการปรับแต่งที่เหมือนกัน (เมื่อเปรียบเทียบหมายเลข/รุ่นที่เหมือนกัน) ดังนั้น เอกสารแต่ละชุดจึงเป็นของเฉพาะเครื่อง. Klystron จะมี serial number ประจำตัวที่ใช้ระบุตัวตนของแต่ละหน่วย และใช้เพื่อที่ผู้ผลิตอาจจะ(หวังว่า)มีลักษณะการทำงานเก็บอยู่ในฐานข้อมูล. มิฉะนั้น ถ้าเอกสารหาย, การสอบเทียบอาจจะเป็นปัญหาที่แก้ไม่ได้ ทำให้ klystron ใช้ไม่ได้หรือทำงานโดยไม่ได้ถูกปรับแต่งให้ถูกต้อง

ข้อควรระวังอื่นๆ คือเมื่อมีการปรับแต่ง klystron ควรใช้เครื่องมือที่ไม่ประกอบด้วยเหล็ก. klystrons บางตัวใช้แม่เหล็กถาวร. หากช่างใช้เครื่องมือที่ประกอบด้วยเหล็ก (ซึ่งเป็น ferromagnetic) และเข้ามาใกล้สนามแม่เหล็กรุนแรงที่มีลำอิเล็กตรอนเกินไป, เครื่องมือดังกล่าวสามารถถูกดึงเข้าไปในอุปกรณ์โดยแรงแม่เหล็กที่รุนแรง, ทุบนิ้วมือ, ทำร้ายช่าง, หรือทำลายอุปกรณ์ได้. เครื่องมือพิเศษ nonmagnetic (ที่เรียกว่า diamagnetic) น้ำหนักเบาที่ทำจากโลหะผสมเบริลเลียม ได้ถูกนำมาใช้สำหรับการปรับแต่ง klystrons ของกองทัพอากาศสหรัฐอเมริกา.

ข้อควรระวังควรถูกกระทำเป็นประจำเมื่อทำการขนส่งอุปกรณ์ klystron ด้วยเครื่องบิน, เพราะสนามแม่เหล็กที่รุนแรงสามารถรบกวนการทำงานของอุปกรณ์นำทาง. การบรรจุอัดแน่นเป็นพิเศษถูกออกแบบมาเพื่อช่วยจำกัดสนามแม่เหล็กให้อยู่"ในสนาม" และมันจะยอมให้อุปกรณ์ดังกล่าวสามารถที่จะขนส่งได้อย่างปลอดภัย.

Optical klystron

ใน klystron ที่ใช้แสง, cavity จะถูกแทนที่ด้วย undulators. ต้องใช้แรงดันไฟฟ้าที่สูงมาก. ยังคงใช้ปืนอิเล็กตรอน, drift tube และ collector

klystron ที่ใช้ drift tube แบบลอย

klystron แบบนี้มีห้องรูปทรงกระบอกเดียวที่มีหลอดแยกด้วยระบบไฟฟ้าอยู่ตรงกลาง. ในทางไฟฟ้า, หลอดนี้จะคล้ายกับ klystron oscillator แบบสอง cavity ที่มี feedback จำนวนมากระหว่างสอง cavity. กลุ่มอิเล็กตรอนที่กำลังออกจาก cavity แหล่งผลิต จะถูกปรับความเร็วโดย สนามไฟฟ้าเมื่อพวกมันเดินทางผ่าน drift tube และมาโผล่ที่ห้องปลายทางในรูปอัดแน่น, ทำการส่งมอบพลังงานให้เกิดการสั่นใน cavity. klystron oscillator ชนิดนี้มีข้อได้เปรียบเหนือ กว่า klystron สอง cavity ตรงที่มันถูกไบอัส. มันต้องการเพียงองค์ประกอบเดียวในการปรับแต่งเพื่อเปลี่ยนแปลงความถี่. drift tube เป็นฉนวนไฟฟ้ากับผนังของ cavity, และ DC ไบอัสจะใช้จ่ายแยกต่างหาก. DC ไบอัสบน drift tube อาจถูกปรับเพื่อเปลี่ยนเวลาการขนส่งผ่านตัวมัน, จึงช่วยในการปรับแต่งความถี่ของการ oscilate ด้วยอิเล็กทรอนิกส์บางส่วน. ปริมาณของการปรับจูนในลักษณะนี้ไม่ได้มีขนาดใหญ่และปกติจะถูกใช้สำหรับการปรับแบบ frequency modulation เมื่อทำการส่ง.

Collector

หลังจากพลังงาน RF ถูกสกัดออกจากลำอิเล็กตรอน, ลำอิเล็กตรอนจะถูกทำลายใน collector. klystrons บางตัวจะมี depressed collector เพื่อกู้คืนพลังงานจาก ลำอิเล็กตรอนก่อนที่จะทำลายมัน, เป็นการเพิ่มประสิทธิภาพ. depressed collector หลายขั้นตอน เพิ่มการกู้คืนพลังงานโดย "การเรียงลำดับ" อิเล็กตรอนในถังพลังงาน.

การประยุกต์ใช้

Klystrons สามารถผลิตพลังงานไมโครเวฟได้สูงกว่าอุปกรณ์ไมโครเวฟที่ใช้โซลิตสเตท(อิเล็กทรอนิกส์)(เช่นกันน์ไดโอด)มาก. ในระบบที่ทันสมัย ​​พวกมันจะถูกใช้จาก UHF (หลายร้อย MHz) ขึ้นไปจนถึงหลายร้อยกิกะเฮิรตซ์ (เช่นใน Extended Interaction Klystrons ในดาวเทียม CloudSat). Klystrons สามารถพบได้ในเรดาร์, ดาวเทียมและการสื่อสารแถบกว้างกำลังสูง (ที่พบบ่อยมากในการออกอากาศโทรทัศน์ และสถานีดาวเทียม EHF, ยา (รังสี), และเครื่องเร่งอนุภาคและเครื่องปฏิกรณ์ทดลองฟิสิกส์พลังงานสูง. ตัวอย่างเช่นที่ SLAC, klystrons จะถูกใช้งานเป็นประจำซึ่งให้เอาต์พุตในช่วง 50 เมกะวัตต์ (ชีพจร) และ 50 กิโลวัตต์(เวลาเฉลี่ย) ที่ 2856 MHz. สถานีสังเกตการณ์ Areciboจะใช้ klystron สองชุดที่ให้กำลังไฟฟ้ารวมที่ 1 เมกะวัตต์ (ต่อเนื่อง) ที่ 2380 MHz <

บทความเรื่อง "Best of What's New 2007" ในหนังสือ Popular Science ได้อธิบายถึงบริษัทหนี่ง ชื่อ บรษัททรัพยากรทั่วโลก, ปัจจุบันได้เลิกไปแล้ว, ได้ใช้ klystron ในการแปลงสารไฮโดรคาร์บอนที่มีอยู่ในวัสดุในชีวิตประจำวัน, ของเสียจากรถยนต์, ถ่านหิน, หินน้ำมัน และทรายน้ำมัน ให้เป็นก๊าซธรรมชาติ และน้ำมันดีเซล

ดูเพิ่ม

• Crossed-field amplifier
• Electromagnetic radiation
• Free electron laser
• Gyrotron
• Inductive output tube
• Linear accelerator
• Magnetron
• Backward wave oscillator
• เครื่องเร่งอนุภาค
• Traveling wave tube
• Waveguide

อ้างอิง

1. Pond, Norman H. "The Tube Guys". Russ Cochran, 2008 p.31-40
2. Varian, R. H.; Varian, S. F. (1939). "A High Frequency Oscillator and Amplifier". Journal of Applied Physics. 10 (5): 321. Bibcode:1939JAP....10..321V. doi:10.1063/1.1707311.
3. Varian, Dorothy. "The Inventor and the Pilot". Pacific Books, 1983 p. 189
4. Varian, Dorothy. "The Inventor and the Pilot". Pacific Books, 1983 p. 187
5. Varian, R. H.; Varian, S. F. (1939). "A High Frequency Oscillator and Amplifier". Journal of Applied Physics. 10 (5): 321. Bibcode:1939JAP....10..321V. doi:10.1063/1.1707311.
6. George Caryotakis (November 18, 1997). "Invited paper: The Klystron: A microwave source of surprising range and endurance" (PDF). American Physics Society: Division of Plasma Physics Conference, Pittsburg, PA. Stanford, CA: Stanford SLAC.
7. http://www.radiomuseum.org/tubes/tube_v-260.html
8. Campbell, D. B. (2002). "Advances in Planetary Radar Astronomy". Review of Radio Science. 1999-2002: 869–899. Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (help)
9. "PopSci's Best of What's New 2007". Popsci.com. สืบค้นเมื่อ 2010-02-28.
10. "PopSci's Best of What's New 2007". Popsci.com. สืบค้นเมื่อ 2010-02-28.
11. US Patent 7629497 - Microwave-based recovery of hydrocarbons and fossil fuels 2011-05-07 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน Issued on December 8, 2009