Principiile Radiolocaţiei

Clistronul

Clistroanele sunt tuburi speciale pentru frecvenţe foarte înalte, folosite în special ca amplificatoare de mare putere. Funcţionarea acestor tuburi se bazează pe fenomenul de modulaţie de viteză a electronilor, care conduce la gruparea electronilor pe timpul deplasării acestora. Astfel, clistroanele includ în funcţionarea lor timpul de tranzit al electronilor.

După numărul de cavităţi şi principiul de funcţionare, deosebim următoarele tipuri principale de clistroane:

• Clistronul cu mai multe cavităţi
• Clistronul reflex

Clistronul cu două sau mai multe cavităţi

Clistronul cu două cavităţi foloseşte cavităţi rezonante pentru a realiza interacţiunea dintre fasciculul de electroni şi semnalul de frecvenţă foarte înaltă. Fiecare cavitate se continuă în interiorul tubului cu o pereche de grile prin care trece fasciculul de electroni. Semnalul de frecvenţă foarte înaltă este introdus în prima cavitate şi este extras amplificat din cea de-a doua cavitate. Introducerea şi extragerea semnalului se realizează cu ajutorul unor bucle.

Semnalul de intrare va induce în perechea de grile corespunzătoare primei cavităţi un câmp electric, ale cărui linii de câmp alternează cu o frecvenţă egală cu cea de rezonanţă a cavităţii. Acest câmp electric va accelera sau frâna în mod repetat electronii ce trec prin perechea de grile, în funcţie de orientarea liniilor de câmp. Electronii vor căpăta diferite viteze, rezultând astfel modulaţia de viteză a acestora. În urma modulaţiei de viteză electronii se vor grupa în timpul deplasării lor către colector (modulaţia de densitate), deoarece electronii rapizi îi ajung din urmă pe cei mai lenţi ş.a.m.d. Spaţiul dintre cele două cavităţi se numeşte „spaţiu de grupare”.

Rolul celei de-a doua cavităţi este de a extrage energie din fasciculul de electroni, pentru amplificarea semnalului. A doua pereche de grile este dispusă într-o poziţie în care există o puternică grupare a electronilor, iar liniile de câmp vor avea un efect de frânare asupra acestor electroni. În urma frânării, electronii vor ceda energie cavităţii, iar semnalul extras din această cavitate este mult mai puternic decât cel de intrare (rezultând astfel amplificarea semnalului). Poziţia celei de-a doua cavităţi depinde de timpul de tranzit al electronilor şi de frecvenţa de rezonanţă a cavităţii (aceeaşi cu frecvenţa de rezonanţă a primei cavităţi şi cu frecvenţa semnalului de intrare). Electronii sunt apoi captaţi de colector, energia lor fiind transformată în căldură şi radiaţii X.

Amplificarea clistronului, puterea de ieşire şi randamentul pot fi mult îmbunătăţite prin adăugarea unor cavităţi suplimentare între cea de intrare şi cea de ieşire (clistronul cu mai multe cavităţi). Aceste cavităţi suplimentare cresc modulaţia de viteză a electronilor, mărind cantitatea de energie cedată de electroni cavităţii de ieşire.

Clistronul reflex

Catod

Buclă coaxială pentru
extragerea energiei

Cavitate
rezonantă

Electroni ce
trec prin orificii

Ilustrație 2: Cavitatea unui clistron reflex

Catod

Buclă coaxială pentru
extragerea energiei

Cavitate
rezonantă

Electroni ce
trec prin orificii

Ilustrație 2: Cavitatea unui clistron reflex

Un alt tip de clistron este clistronul reflex. Acesta conţine o singură cavitate rezonantă şi este utilizat ca generator de microunde (oscilator de mică putere). În locul colectorului, clistronul reflex conţine un reflector, alimentat la un potenţial negativ. La trecerea electronilor prin grilele corespunzătoare cavităţii ei vor fi modulaţi în viteză în urma interacţiunii cu câmpul electric din cavitate. După ce trec de cavitate, electronii sunt respinşi de către reflector şi trimişi înapoi în spaţiul dintre grilele cavităţii. În funcţie de viteza lor, electronii parcurg drumuri diferite în spaţiul dintre cavitate şi reflector (spaţiu de grupare). Parametrii clistronului sunt astfel aleşi încât electronii să formeze grupări puternice în dreptul cavităţii. Astfel ei vor ceda energie cavităţii, întreţinând oscilaţiile de frecvenţă foarte înaltă din aceasta. Aceste oscilaţii sunt extrase prin intermediul unei bucle.

anod de
accelerare

catod

buclă extragere semnal

spaţiu de
grupare

reflector

cavitate
rezonantă

Ilustrație 3: Schema unui clistron reflex

anod de
accelerare

catod

buclă
extragere
semnal

spaţiu de
grupare

reflector

cavitate
rezonantă

Ilustrație 3: Schema unui clistron reflex

Pentru funcţionarea clistronului reflex sunt necesare trei tensiuni de alimentare:

1. tensiune de filament,
2. tensiune anodică pozitivă (numită uneori tensiunea de fascicul), folosită pentru accelerarea electronilor (la această tensiune se alimentează şi cavitatea), şi
3. tensiune negativă pentru reflector, necesară respingerii electronilor.

Focalizarea electronilor într-un fascicul îngust este realizată de câmpul electrostatic generat în interiorul tubului de potenţialul de alimentare al cavităţii.

Ilustrație 4: Clistronul reflex K-806