Каталог
Клистрон
Клистрон — электровакуумный сверхвысокочастотный прибор, преобразующий энергию постоянного потока электронов в энергию электромагнитных колебаний диапазона СВЧ (300 МГц – 300 ГГц). Работает за счёт модуляции скоростей электронов электрическим полем резонаторов с последующей группировкой электронов в сгустки в дрейф-пространстве.
Устройство клистрона
Клистрон содержит электронно-оптическую систему (ЭОС): катод (термоэмиссионный или холодный), анодная сетка, дрейф-труба, объёмные резонаторы (1–4), коллектор. Резонаторы — полости с мембранами (зазоры 0,5–2 мм), связанные петлями или петлями индуктивности.
Типы конструкции:
-
Пролётные: 2–4 резонатора последовательно
-
Отражательные: один резонатор + отражатель
-
Многолучевые: ЭОС с магнитной фокусировкой
Корпуса: стекло-металл, керамика, вакуум 10⁻⁶–10⁻⁸ Па. Размеры: 20–100 мм диаметр, 50–500 мм длина. Питание ЭОС: 1–50 кВ, 0,1–100 А.
Принцип действия
Электроны от катода ускоряются анодным напряжением U₀=1–50 кВ до скоростей 0,1–0,5 с. В зазоре входного резонатора продольное СВЧ-поле (E~10⁵ В/м) модулирует скорости: полупериод ускоряет электроны, следующий — замедляет. В дрейф-трубке (длина 5–50 см, время пролёта 1–10 периодов) быстрые электроны отстают от медленных, образуя сгустки (группировка Банни).
Сгустки пролетают выходной резонатор, где их замедление тормозит электроны, отдавая кинетическую энергию полю резонатора (КЭП). Колебания усиливаются. Усиление 20–60 дБ, КПД 30–70%.
Отражательный клистрон: электроны модулируются в единственном резонаторе, отражаются от тормозящего электрода, пролетают зазор повторно в фазе отдачи энергии.
Режимы работы
Усилительный (пролётный): входной сигнал 1–100 мВт, выход 1–100 Вт.
Генераторный (отражательный): автоколебательный режим.
Удвоитель частоты: поперечная модуляция.
Импульсный: длительность 0,1–100 мкс, повторяемость до 1 МГц.
Основные параметры
| Параметр | Значение | Единица |
|---|---|---|
| Диапазон частот | 0,3–300 | ГГц |
| Мощность выходная | 1 мВт – 10 МВт | Вт |
| Усиление | 20–80 | дБ |
| КПД | 10–75 | % |
| Напряжение ЭОС | 1–100 | кВ |
| Ток пучка | 0,01–1000 | А |
| Полоса частот | 0,1–10 | % |
Ресурс: 1000–10 000 ч.
Классификация
По числу резонаторов:
-
Двухрезонаторный пролётный (усилитель)
-
Одиночный отражательный (генератор)
-
Многорезонаторный (широкополосный)
По ЭОС:
-
Одиночный луч: малые мощности
-
Многолучевые: 1–100 кВт
-
Релятивистские: >1 МВт, U>100 кВ
По диапазону:
-
Дециметровые (300–3000 МГц): К-50
-
Сантиметровые (3–30 ГГц): К-19, 2К70
-
Миллиметровые (30–300 ГГц): холоднокатодные
Популярные типы:
| Тип | Частота, ГГц | Мощн., кВт | Применение |
|---|---|---|---|
| К-19 | 10 | 0,1 | РЛС |
| К-50 | 3 | 1 | ТВ |
| 2К70 | 8 | 0,2 | Радиолокация |
| VL-100 | 10 | 100 | Ускорители |
Сферы применения
Радиолокация:
-
Усилители мощности РЛС (1–100 кВт)
-
Генераторы локальных колебаний
Ускорители частиц:
-
Линейные ускорители (SLAC, KEK: 10–100 МВт)
-
Синхротроны
Промышленность:
-
СВЧ-нагрев, сварка пластмасс
-
Толщиномеры материалов
Связь:
-
Космическая связь (усилители)
-
СВЧ-ретрансляторы
Научные приборы:
-
Спектрометры, плазменные установки
Клистроны обеспечивают наибольшую мощность в СВЧ-диапазоне (до 100 МВт импульсно), используются в радарах и ускорителях, где полупроводниковые приборы ограничены частотой и мощностью.
