Klystron

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

Klystron เป็นหลอดสูญญากาศเฉพาะ แบบลำแสงเชิงเส้น (อังกฤษ: specialized linear-beam vacuum tube), ได้รับการประดิษฐ์คิดค้นในปี 1937 โดยวิศวกรไฟฟ้าชาวอเมริกัน รัสเซล และ ซีเกิร์ด Varian,[1] ซึ่งใช้เป็นเครื่องขยายสัญญาณความถี่สูง, จากความถี่วิทยุระดับ UHF ขึ้นไปจนถึงช่วงไมโครเวฟ. klystrons กำลังต่ำจะใช้เป็น oscillators ท้องถิ่นในเครื่องรับเรดาร์ระบบ superheterodyne, ขณะที่ klystrons กำลังสูงจะใช้เป็นหลอดส่งออกในเครื่องส่งสัญญาณโทรทัศน์ความถี่ UHF, เครื่องถ่ายทอดสัญญาณไมโครเวฟ, การสื่อสารดาวเทียม, และเครื่องส่งสัญญาณเรดาร์, และเพื่อสร้างกำลังขับสำหรับ เครื่องเร่งอนุภาคที่ทันสมัย

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.[2] ชื่อ "klystron" ได้รับการแนะนำโดย แฟรงเคิล แฮร์มันน์, อาจารย์ในภาควิชาคลาสสิกที่ Stanford University เมื่อ klystron กำลังอยู่ระหว่างการพัฒนา.[3]

ประวัติ[แก้]

พี่น้อง รัสเซลและ ซีเกิร์ด Varian แห่งมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดเป็นผู้ประดิษฐ์ klystron. ต้นแบบของพวกเขาเสร็จสมบูรณ์และสาธิตให้เห็นเป็นผลสำเร็จเมื่อวันที่ 30 สิงหาคม 1937.[4] เมื่อตีพิมพ์ในปี 1939[5] ข่าว klystron มีอิทธิพลในทันทีในการทำงานของนักวิจัยสหรัฐและสหราชอาณาจักรที่ทำงานเกี่ยวกับอุปกรณ์เรดาร์. Varians ได้จัดตั้ง Varian Associates ในการค้าเทคโนโลยี(เช่น เพื่อทำเครื่องเร่งเชิงเส้นขนาดเล็กเพื่อสร้างโฟตอนสำหรับการรักษาด้วยรังสีของลำแสงภายนอก) งานของพวกเขาสร้างขึ้นบนรายละเอียดของการปรับความเร็วโดย A. Arsenjewa-ไฮล์ และ ออสการ์ ไฮล์ (ภรรยาและสามี) ในปี 1935. แม้ว่าพวก Varians อาจจะไม่ได้ตระหนักถึงการทำงานพวก Heils.[6]

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.[1] 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[แก้]

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[แก้]

Klystron.enp.gif

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[แก้]

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[แก้]

Reflex.sch.enp.svg
ภาพตัดขวางของ klystron แบบสะท้อน[7]

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[แก้]

klystrons ขนาดใหญ่ที่ใช้ใน storage ring ของ Australian Synchrotron ที่จะรักษาระดับพลังงานของลำอิเล็กตรอน

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

การปรับแต่ง klystron[แก้]

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[แก้]

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

klystron ที่ใช้ drift tube แบบลอย[แก้]

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[แก้]

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

การประยุกต์ใช้[แก้]

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 <[8]

บทความเรื่อง "Best of What's New 2007" ในหนังสือ Popular Science[9][10] ได้อธิบายถึงบริษัทหนี่ง ชื่อ บรษัททรัพยากรทั่วโลก, ปัจจุบันได้เลิกไปแล้ว, ได้ใช้ klystron ในการแปลงสารไฮโดรคาร์บอนที่มีอยู่ในวัสดุในชีวิตประจำวัน, ของเสียจากรถยนต์, ถ่านหิน, หินน้ำมัน และทรายน้ำมัน ให้เป็นก๊าซธรรมชาติ และน้ำมันดีเซล[11]

ดูเพิ่ม[แก้]

อ้างอิง[แก้]

  1. 1.0 1.1 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". 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.; Hudson, R. S., Margot, J. L. (2002). "Advances in Planetary Radar Astronomy". Review of Radio Science. 1999-2002: 869–899. 
  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 Issued on December 8, 2009