www.radartutorial.eu Grundlagen der Radartechnik

Klystron

Laufraum
Dichtemodulation
Hohlraum-
resonator
Hohlraum-
resonator
Kollektor
Koppelschleife
Kathode
Heizung
Anode
Elektronenstrahl
HF-Eingang
HF-Ausgang

Bild 1: Wirkungsweise eines Klystrons

Laufraum
Dichtemodulation
Hohlraum-
resonator
Hohlraum-
resonator
Kollektor
Koppelschleife
Kathode
Heizung
Anode
Elektronenstrahl
HF-Eingang
HF-Ausgang

Bild 1: Wirkungsweise eines Klystrons

Laufraum
Dichtemodulation
Hohlraum-
resonator
Hohlraum-
resonator
Kollektor
Koppelschleife
Kathode
Heizung
Anode
Elektronenstrahl
HF-Eingang
HF-Ausgang

Bild 1: Wirkungsweise eines Klystrons

Klystron

Klystrone sind Hochleistungsverstärker, die im GHz - Bereich arbeiten und sehr hohe Ausgangsleistungen erbringen können. Alle Klystrone arbeiten aber nach dem Prinzip der Laufzeitröhren, also mit einer Dichtemodulation von Elektronen auf Grund ihrer unterschiedlichen Ausbreitungsgeschwindigkeit.

Unter der Bezeichnung „Klystron” arbeiten mehrere Röhrentypen mit unterschiedlichen Wirkungsprinzipien:

Funktionsweise

Zweikammer- Klystron

Der Verstärkungseffekt eines Zweikammer - Klystrons beruht auf dem Prinzip der abwechselnden Beschleunigung und Verzögerung von Elektronen im Rhythmus des Eingangssignals. Aufgrund der unterschiedlichen Geschwindigkeit der Elektronen (Geschwindigkeitsmodulation) ergeben sich an bestimmten Orten in Ausbreitungsrichtung Anhäufungen von Elektronen (Dichtemodulation). Wird an diesem Punkt die Energie abgegriffen, so stellt man eine hohe Verstärkung gegenüber dem Eingangssignal fest.

Elektronen, von der Kathode ausgeschickt und über die Anode beschleunigt, setzen ihren Weg über den Laufraum zum Kollektor fort. Bei anliegendem HF - Eingangssignal werden die Elektronen im Wechsel der Eingangsspannung beschleunigt und verzögert. Im Ausgangsresonator entstehen Elektronenpakete, die sich im Rhythmus der Eingangsschwingung wiederholen.

Diese HF - Schwingung ist gegenüber dem Eingangssignal wesentlich verstärkt und wird über den schwingenden Hohlraumresonator ausgekoppelt. Der Kollektor nimmt die restliche Energie auf und wandelt sie in Wärme und teilweise in Röntgenstörstrahlung um.

Mehrkammerklystron

Die Verstärkung des Klystrons, seine Ausgangsleistung und seine Effizienz kann durch zusätzliche Hohlraumresonatoren entlang des Elektronenstrahls wesentlich erhöht werden. Zusätzliche Hohlraumresonatoren verstärken die Geschwindigkeitsmodulation der Elektronen, verstärken somit die Paketbildung der Elektronen und bewirken eine höhere entnehmbare Ausgangsleistung.

Reflexklystron
Kathode
Koaxialkabel mit
Koppelschleife
Hohlraum-
resonator
Elektronen fliegen
durch die Löcher

Bild 2: Hohlraumresonator des Reflexklystrons

Kathode
Koaxialkabel mit
Koppelschleife
Hohlraum-
resonator
Elektronen fliegen
durch die Löcher

Bild 2: Hohlraumresonator des Reflexklystrons

Eine weitere Laufzeitröhre, die häufig als Hochfrequenzoszillator verwendet wird, ist das Reflexklystron. An Stelle der bei Mehrkammerklystrons verwendeten Kollektoren enthält das Reflexklystron eine negativ geladene Reflektorplatte. Der Elektronenstrahl wird durch einen in Eigenresonanz schwingenden Hohlraumresonator in bekannter Weise geschwindigkeitsmoduliert. Die für eine ungedämpfte Schwingung nötige Rückkopplung erfolgt, indem die durch die Geschwindigkeitsmodulation entstandenen Elektronenpakete durch die negative Reflektorplatte zum Hohlraumresonator zurückgeschickt werden und dort ihre Energie an den Hohlraumresonator wieder abgeben. Diese negativ vorgespannte Reflektorplatte wird in englischsprachigen Quellen „Repeller” genannt. Wegen der Reflexion des Elektronenstrahls wird diese Laufzeitröhre „Reflexklystron” genannt.

Beschleu-
nigungsanode
Kathode
Koppelschleife
Reflexions-
raum
Reflektor
Hohlraum-
resonator

Bild 3: Schaltung mit Reflexklystron

Beschleu-
nigungsanode
Kathode
Koppelschleife
Reflexions-
raum
Reflektor
Hohlraum-
resonator

Bild 3: Schaltung mit Reflexklystron

Drei Spannungsquellen sind für den Betrieb des Reflexklystrons erforderlich:

  1. Heizspannung,
  2. positive Anodenspannung am Hohlraumresonator (oft Strahlspannung genannt) für die Beschleunigung des Elektronenstrahls und
  3. die negative Spannung am Reflektor die die Elektronenpakete zum Hohlraumresonator reflektiert.

Die Fokussierung der Elektronen zu einen scharf gebündelten Strahl geschieht ebenfalls durch das vom positiven Resonatorpotential im Inneren der Röhre erzeugte elektrostatische Feld.

Bild 4: Reflexklystron K-806