klystron


Karen Lizzette Velásquez Méndez. Cód. 174640. Klvelasquezm@unal.edu.co (G4N34Karen)
Fundamentos de electricidad y magnetismo, Departamento de Física, Facultad de Ciencias, Universidad Nacional de Colombia.

KLYSTRON
El Klistrón es un tubo o válvula al vacío, utilizado en la generación y amplificación de señales de muy altas frecuencias, inventado en 1937 por los hermanos Russell y SigurdVarian quienes estudiaban y trabajaban en la universidad estadounidense de Stanford. Se utiliza como amplificador en la banda de microondas o como oscilador.1

FUNCIONAMIENTO
El funcionamiento del klystron, tanto como oscilador o como amplificador se basa en la modulación de la velocidad de los electrones de un haz, sometidos a aceleraciones y frenados como consecuencia de la aplicación de unaseñal variable en el tiempo. En la aplicación como amplificador, la versión más simple de klystron es la de un tubo electrónico con varias cavidades como se muestra en la figura No. 2. Y en el que se definen tres regiones: cátodo, ánodo y regiones o tubos de arrastre, deriva o interacción de RF, a las porciones intermedias entre las cavidades.2

La porción principal del tubo la constituye uncierto número de cavidades resonantes (en la figura 2, hay tres), de las que una es la cavidad de entrada a la que se aplica la señal de RF y otra, la de salida, de la que se extrae la señal amplificada. Entre éstas pueden localizarse una o más cavidades intermedias, todas ellas interconectadas por secciones de tubo metálico designadas como tubos de arrastre.
Las cavidades resonantes se diseñande forma que no propaguen energía electromagnética a la frecuencia de funcionamiento del tubo, con lo que se consigue un gran aislamiento entre las cavidades de entrada y salida sin recurrir al empleo de atenuadores en el interior del klystron, característica muy importante y deseable en los amplificadores de lata potencia.
En el cañón electrónico se origina un haz de electrones, que esacelerado a través de un alto voltaje aplicado al ánodo y que luego pasa a través de los tubos de arrastre, frente a las cavidades, hasta impactar en el colector. El cuerpo principal del tubo, incluyendo el colector, se mantienen generalmente a potencia de tierra, en tanto que al cátodo y electrodos de enfoque del haz que constituyen el cañón electrónico, se les aplica un potencial negativo elevado, delorden de -20 a -30 KV.
En la cercanía del cátodo, un sistema de enfoque electrostático confina el haz y lo dirige hacia el interior del primer tubo de arrastre. Para mantener el confinamiento del haz en el interior del tubo de arrastre y evitar que se disperse hacia las paredes, se aplica un campo magnético axial. En un procedimiento de colimación, designado como “enfoque de Brillouin”, elconfinamiento del haz se consigue haciéndolo pasar a través de una placa magnética, que actúa como pantalla de blindaje contra el campo magnético externo y evita sus efectos en la región del cañón electrónico. La componente del campo magnético transversal en la abertura de la placa de Brillouin proporciona al haz electrónico un movimiento de rotación sobre su eje que al interactuar con el campomagnético longitudinal ( axial) a lo largo del tubo de arrastre, produce una fuerza centrípeta sobre los electrones del haz en dirección al eje del tubo que, mediante el ajuste adecuado de la intensidad del campo magnético axial, actúa anulando a la fuerza centrifuga debida a la repulsión producida por la carga de espacio en el haz electrónico. Con este método, empleado también en aceleradores departículas, es posible confinar el haz electrónico a lo largo de los trayectos grandes con mínima intercepción de los electrones del haz por las paredes del tubo. En los klystrons prácticos esta intercepción representa menos del 1% del haz electrónico. El ánodo colector tiene, por lo general, forma escalonada o dentada, para aumentar el área de disipación térmica y reducir, además, la posibilidad de...