Klystron

Klystron veya klistron, Mikrodalga ve UHF frekanslarında kullanılan doğrusal demetli bir vakum tüpüdür. Yüksek frekanslı elektromanyetik sinyallerin yükseltilmesinde ve bazı türlerinde üretilmesinde kullanılır. Klystronlarda elektron demeti, tüp içinde yer alan rezonans boşluklarıyla etkileşime girer; bu etkileşim sonucunda elektronların kinetik enerjisinin bir kısmı radyo frekans enerjisine dönüştürülür.

Etimoloji

Klystron adı, Eski Yunancada kıyıya vuran dalgaların hareketini ifade eden κλύζω (klyzo) fiili ile, eylemin gerçekleştiği yeri belirten -τρον (-tron) ekinden türetilmiştir. Adın, klystronun geliştirilmesi sırasında Stanford Üniversitesi klasikler bölümü profesörlerinden Hermann Fränkel [en] tarafından önerildiği belirtilir.

Çalışma prensibi

Klystron, doğru akım ile hızlandırılmış bir elektron demetindeki kinetik enerjiyi radyo frekans gücüne dönüştürerek çalışır. Vakum ortamında bir elektron tabancası veya ısıtılmış katot tarafından elektronlar yayılır ve yüksek gerilimli elektrotlar yardımıyla hızlandırılır.

Elektron demeti ilk olarak giriş rezonans boşluğundan geçer. Bu boşluğa uygulanan radyo frekans sinyali, boşluk içinde salınımlı bir elektrik alanı oluşturur. Elektrik alan, demetteki bazı elektronları hızlandırırken bazılarını yavaşlatır. Böylece başlangıçta sürekli olan elektron demeti, zamanla belirli aralıklarla yoğunlaşmış elektron gruplarına ayrılır. Bu olaya elektron demetlenmesi denir.

Demet daha sonra sürüklenme bölgesinden geçer. Bu bölgede daha hızlı elektronlar, daha yavaş elektronlara yetişerek demetlenmeyi güçlendirir. Demetlenmiş elektronlar çıkış rezonans boşluğuna ulaştığında, elektronların kinetik enerjisinin bir kısmı boşluktaki elektromanyetik alana aktarılır. Böylece girişteki zayıf radyo frekans sinyali yükseltilmiş olur.

Enerjisini kısmen kaybeden elektron demeti, tüpün sonunda bulunan kolektör elektrot tarafından toplanır.

Türleri

İki boşluklu klystron

İki boşluklu klystron, temel klystron yapılarından biridir. Bu yapıda bir giriş rezonans boşluğu ve bir çıkış rezonans boşluğu bulunur. Giriş boşluğu elektron demetinin hızını modüle eder; sürüklenme bölgesinde elektronlar demetlenir ve çıkış boşluğunda bu demetlenmiş elektronlardan radyo frekans enerjisi alınır.

İki boşluklu klystronlar temel olarak yükselteç şeklinde çalışır. Giriş boşluğuna uygulanan zayıf radyo frekans sinyali, elektron demeti üzerindeki hız modülasyonu sayesinde çıkış boşluğunda daha güçlü bir sinyal olarak elde edilir.

Çok boşluklu klystron

Çok boşluklu klystronlarda ikiden fazla rezonans boşluğu kullanılır. Ek boşluklar elektron demetlenmesini artırmak, kazancı yükseltmek ve bant genişliği gibi çalışma özelliklerini iyileştirmek amacıyla kullanılır. Yüksek güçlü mikrodalga yükselteçlerinde çok boşluklu klystron yapıları yaygındır.

Refleks klystron

Refleks klystron, genellikle mikrodalga osilatörü olarak kullanılan bir klystron türüdür. Bu yapıda elektron demeti tek bir rezonans boşluğundan geçer, daha sonra negatif gerilimli bir yansıtıcı elektrot tarafından geri döndürülür. Elektronlar aynı boşluktan ikinci kez geçerken boşluktaki elektromanyetik alanla tekrar etkileşime girer.

Refleks klystronlarda elektronların dönüş süresi, salınım frekansı ve çıkış gücü üzerinde etkilidir. Bu tür klystronlar tarihsel olarak mikrodalga işaret üretiminde kullanılmıştır; ancak birçok uygulamada yerlerini daha küçük ve verimli yarı iletken kaynaklara bırakmıştır.

Kullanım alanları

Klystronlar, yüksek güçlü mikrodalga sinyallerin gerektiği sistemlerde kullanılır. Başlıca kullanım alanları arasında radar vericileri, parçacık hızlandırıcıları, uydu haberleşme yer istasyonları ve yüksek güçlü mikrodalga araştırma sistemleri bulunur.

Parçacık hızlandırıcılarında klystronlar, yüklü parçacıkları hızlandıran radyo frekans boşluklarına yüksek güç sağlamak için kullanılır. Radar sistemlerinde ise yüksek frekanslı ve yüksek güçlü elektromanyetik darbelerin üretilmesi veya yükseltilmesi amacıyla kullanılabilir.

Daha düşük güçlü birçok mikrodalga uygulamasında klystronların yerini zamanla yarı iletken tabanlı mikrodalga elemanları almıştır. Buna rağmen çok yüksek güç, yüksek kazanç ve dar bantlı kararlı çalışma gerektiren bazı uygulamalarda klystronlar hâlâ kullanılmaktadır.

Ayrıca bakınız

Kaynakça

↑ Varian, Dorothy (1983). The Inventor and the Pilot. Pacific Books. s. 189. ISBN 978-0870153495.
1 2 3 4 Gilmour, A. S. (2011). Klystrons, Traveling Wave Tubes, Magnetrons, Cross-Field Amplifiers, and Gyrotrons. Artech House. ss. 3-4. ISBN 978-1608071845.

[1] Varian, Dorothy (1983). The Inventor and the Pilot. Pacific Books. s. 189. ISBN 978-0870153495.

[Gilmour-2] 1 2 3 4 Gilmour, A. S. (2011). Klystrons, Traveling Wave Tubes, Magnetrons, Cross-Field Amplifiers, and Gyrotrons. Artech House. ss. 3-4. ISBN 978-1608071845.