klystrón

klystrón [gr.] — druh elektrónky používanej ako generátor, zosilňovač výkonu a násobič frekvencie mikrovlnných a vysokofrekvenčných rádiových signálov. Činnosť klystrónu je založená na vzájomnej interakcii vstupného elektrónového zväzku s vysokofrekvenčným elektromagnetickým poľom v dutinovom rezonátore. Podľa konštrukcie sa klystróny delia na prieletové (dvoj- a viacrezonátorové) a reflexné.

V prieletovom klystróne s dvoma dutinovými rezonátormi vstupuje elektrónový zväzok emitovaný katódou a urýchľovaný konštantným napätím \(U_0\) mriežkou do priestoru vstupného rezonátora. Vysokofrekvenčné napätie na mriežkach rezonátora (generované vstupným vysokofrekvenčným signálom) spôsobuje moduláciu rýchlosti prechádzajúcich elektrónov, niektoré elektróny sú urýchlené, iné spomalené, celková energia zväzku po prechode rezonátorom sa však takmer nemení. V oblasti medzi vstupným a výstupným rezonátorom (zhlukovací priestor) sú pomalšie elektróny dobiehané rýchlejšími, a vytvárajú sa tak periodické zhluky, ktoré prechádzajú výstupným rezonátorom a na jeho mriežkach indukujú vysokofrekvenčné napätie, ktoré má na elektrónové zhluky brzdiaci účinok. Elektrónový zväzok tak odovzdáva časť svojej energie vysokofrekvenčnému poľu výstupného rezonátora (výstupný vysokofrekvenčný signál). V takomto zapojení pracuje klystrón ako zosilňovač výkonu. Ak je rezonančná frekvencia výstupného rezonátora násobkom rezonančnej frekvencie vstupného rezonátora, zariadenie je zároveň násobičom frekvencie. Pri vhodnej spätnej väzbe medzi vstupným a výstupným rezonátorom môže klystrón pracovať ako generátor vysokofrekvenčného signálu. Konfigurácie klystrónov s viacerými rezonátormi sa používajú na zosilnenie výkonu alebo na rozšírenie šírky frekvenčného pásma. Prieletové klystróny slúžia ako zdroj mikrovlnných signálov s výkonom jednotky kW až jednotky MW v kontinuálnom režime a stovky MW v impulznom režime vo frekvenčnom rozsahu stovky MHz až desiatky GHz. Klystróny s malými výkonmi (jednotky kW) sa používajú v satelitnej komunikácii a televíznych vysielačoch, klystróny so strednými výkonmi (stovky kW) v radaroch a klystróny s vysokými výkonmi (jednotky MW) v urýchľovačoch častíc.

Reflexné klystróny sú konštrukčne jednoduchšie, majú len jeden dutinový rezonátor, za ktorým nasleduje reflektor – elektróda nabitá záporne vzhľadom na katódu. Modulovaný elektrónový zväzok je po prechode zhlukovacím priestorom vrátený reflektorom naspäť do priestoru rezonátora, kde indukuje vznik elektromagnetického poľa. Reflexné klystróny sú určené na generovanie vysokofrekvenčných signálov s výkonom do 1 W s frekvenčným rozsahom až do stoviek GHz. V súčasnosti sa nahrádzajú polovodičovými mikrovlnnými zariadeniami.