Bereich: Technik  
     
     

  Zwei- und Mehrkreisklystron
Das Klystron ist eine Laufzeitröhre zur Schwingungserzeugung und -verstärkung im Bereich von circa 1 - 30 GHz. Die von der Kathode emittierten, meist durch Fokusierelektroden oder ein Magnetfeld zu einem Strahl gebündelten Elektronen durchfliegen unter dem Einfluss einer Gleichspannung den Laufraum des Klystrons.
Dabei passieren sie je zwei siebartige Gittersysteme von Hohlraumresonatoren, dem sogenannten Eingangs- und Ausgangskreis. Der Kollektor (Anode) und die Hohlraumresonatoren besitzen gegenüber der Kathode die gleiche, positive Spannung.
Die Elektronen werden daher nur bis zum ersten Gitter, dem katodenseiten Gitter des Eingangskreises eschleunigt. Wird dem Eingangskreis, auch Steuerkreis genannt, nun Hochfrquenzenergie zugeführt, werden die Elektronen beim passieren des Steuerkreises je nach Richtung des zwischen den Gittern auftretenden elektrischen Wechselfeldes verzögert oder zusätzlich beschleunigt.
Sie verlassen den Steuerkreis mit unterschiedlicher Geschwindigkeit, die nun beibehalten wird, da im Laufraum keine beschleunigende Spannung mehr auf sie wirkt. Aus diesem Treiben "triften" leidet sich auch die Bezeichnung Triftröhe ab.
An bestimmten Stellen des Laufraums holen nun die schnelleren Elektronen die langsameren ein. Es entstehen Vedünnungen und Verdichtungen des Elektronenstrahls, sogenannte Elektronenpakete. Die im Steuerkreis erfolgte Geschwindigkeitssteuerung wird somit zur Dichtesteuerung. Durchlaufen die Elektronenpakete den Ausgangskreis, so erregen sie in diesem elektromagnetische Schwingungen. Die Elektronen werden dadurch gebremst und geben einen Teil ihrer Energie an das elektromagnetische Feld im Ausgangskreis ab. Werden der Ausgangs- mit dem Eingangskreis durch eine Rückkopplung miteinander verbunden, so arbeitet des Klystron als Schwingungserzeuger
.
 
Mit diesem beschriebenen normalen Klystron (auch Zweikreis-Kystron), mit einem Eingangs- und einem Ausgangskreis, erreicht man Leistungsverstärkungen bis zum Faktor 20.
Werden weitere Hohlraumresonatoren zwischen den Eingangs- und Ausgangskreis gebracht, so erhöht
sich die Leistungsverstärkung um ein Vielfaches.
Diese freischwingenden Hohlraumresonatoren werden auf die zu erzeugende bzw. zu verstärkende Frequenz abgestimmt. D. h. es wird Ihnen von aussen weder Energie zugeführt noch abgenommen. Die in ihnen durch Resonanz erzeugten Schwigungen wirken auf die Elektronen im Laufraum zurück und unterstützen so die Bildung der Elektronenpakete.
Mit einem Dreikreis-Klystron, das einen zusätzlichen Hohlraumresonator zwischen dem Eingangs- und Ausgangskreis besitzt, ist eine Leistungsverstärkung um den Faktor 3000 möglich. Mit einem Vierkreis-Klystron um den Faktor 100000.
Klystrone können HF-Leistungen von bis zu 500 KW im Dauerstrichbetrieb sowie bis über 30 MW im Impulsbetriebabgeben. Die Arbeitsfrequenz, die sich vor allem durch die aufeinander abgestimmten Hohlraumresonatoren ergibt, kann nicht wesentlich verändert werden.
 


Reflexklystron
In Misch- und Oszillatorstufen für Höchstfrequenz-leistungen einigen Watt wird das Reflexklystron verwendet.
Es enthält nur einen Hohlraumresonator, der gleichzeitig als Eingangs- und Ausgangskreis dient. Dieser liegt an einer gegenüber der Katode positiven Spannung, welche die Elektronen
bis zum ersten Gitter des Hohlraumresonators beschleunigt. Zwischen dem ersten und dem zweiten Gitter werden die Elektronen wie beim Zweikreisklystron durch das Wechselfeld
zwischen den Gittern verzögert oder weiter beschleunigt. Hiermit sind die Voraussetzungen für die Bildung von Elektronenpaketen gegeben.
Telefunken TK6
Nach dem Passieren des zweiten Gitters werden die Elektronen durch die der gegenüberliegenden Katode negativer Spannung an der Reflektorelektrode abgebremst und zur Rückkehr gezwungen (reflektiert).
Durch die Wahl der Reflektorspannung erreicht man, dass die gebildeten Elektronenpakete die Gitter des Hohlraumresonators immer dann durchfliegen, wenn sie durch das Feld zwischen den Gitten gebremst
werden und in Folge daraus Energie an dieses abgeben. Die erzeugten elektromagnetischen Schwingungen werden nun am Hohlraumresonator ausgekoppelt.
Der Vorteil eines Reflexklystron gegenüber einem Zwei- oder Mehrkreis Klystron zur Schwingungserzeugung besteht darin, dass sich die Arbeitsfrequenz über einen weiten Bereich mechanisch und nahezu trägheitslos elektrisch durch die Reflektorspannung variieren lässt.