Transcript principio de funcionamiento y aplicaciones de un klistron y magentron

Saúl Martínez Molina
G04N20
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO Y
APLICACIONES DE UN KLISTRON Y
MAGENTRON
KLYSTRON

El klystron es un tubo de
vacío que puede
producir amplificaciones
de microondas media y
alta potencia de banda
estrecha.
USO

Klistrones se utilizan especialmente en el radar, los
aceleradores de radioterapia o esterilización, Estaciones de
televisión UHF, las estaciones de radiodifusión por satélite,
calefacción por microondas o física de alta energía
( aceleradores de partículas lineales sincrotrones , ...).
HISTORIA
Su invención se atribuye generalmente a
Russell y Sigurd Varian hermanos en 1937 en
el Stanford
 En 1939, un klystron más manejable fue
desarrollado en Inglaterra por Robert Stutton y
se llama la "klystron reflejo." Klistrones de
energía pueden llegar a más de1000 k W .
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PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
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Klystrons se utilizan como un oscilador o más a menudo como un
amplificador de microondas. La señal de RF a la entrada de un klistrón se
amplifica de manera consistente con un haz de electrones generados por
un filamento caliente.
El haz de electrones emitida desde el cátodo calentado, es enfocada por los
electrodos donde existe un campo magnético intenso. A continuación se
acelerados por un voltaje de aceleración aplicado al cátodo. El control
ánodo modula la intensidad del haz y por lo tanto determina la corriente de
haz.El haz pasa a través de una primera cavidad resonante. Esta cavidad
está conectada a la fuente de ser amplificada y es excitado por ella. Esta
excitación produce un campo variable eléctrica en la cavidad, dirigido
paralelamente a la dirección de los electrones. Dependiendo de cuando los
electrones pasan a través de la cavidad, algunos son acelerada y otros
lentos. La velocidad de los electrones es modulada a través de la
cavidad. Esta modulación de la velocidad se convierte en una modulación
de la densidad, es decir, una corriente de modulación.

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El haz pasa entonces a través de otro
resonador. Estas son excitadas por
variaciones en la corriente de haz. Durante
el paso de la viga en estas cavidades, el
fenómeno de la modulación de la velocidad
del haz se amplifica de acuerdo con la
misma operación que en la primera
cavidad. Este mecanismo continúa hasta
que la cavidad de salida. Durante el curso,
el haz se enfoca a través de bobinas de
enfoque .
En la última cavidad, los electrones ceden
parte de su energía cinética en forma de
radiación electromagnética, que es esta vez
recuperada a través de un circuito de
acoplamiento conectada a la cavidad
MAGNETRON
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Un magnetrón es un dispositivo que convierte
la energía cinética en energía
electromagnética en forma de microondas . Se
trata de un tubo de vacío sin rejilla donde los
electrones emitidos por un cátodo a un cabezal
de ánodo, pero son desviados por un campo
magnético en una trayectoria en espiral. La
interacción entre el haz de electrones y el ánodo
produce ondas electromagnéticas.
Inicialmente, el ánodo se divide en varios
segmentos, pero en 1940, que es el
tipo cavidades resonantes y más eficientes, lo
que ha hecho cargo. El desarrollo del magnetrón
fue crucial para que el radar y, por tanto, en el
curso de la Segunda Guerra Mundial. Desde
entonces, se ha extendido a otras áreas,
incluyendo electrodomésticos.
USO

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Hoy en día, el magnetrón tiene dos usos principales:
El radar cuando es desafiado por el klystron,
el carcinotron, TOP ( tubo de ondas viajando ) y
ahora semiconductores.
El horno de microondas. Según la historia, es un técnico
de radar que descubrió que su "tazón" sentado al lado
de la antena transmisora estaba caliente, que es el
origen de la invención del horno microondas. También
cita las palomas cayendo cocidos después de pasar
cerca de las antenas de los radares ingleses primero.
HISTORIA
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La oscilación electromagnética entre dos polos se exploró en los años 1920
por Albert W. Hull Laboratorio de Investigación de la General
Electric en Schenectady, Nueva York. Era un sistema ineficiente, pero
prometedora llamó magnetrón debido a la desviación del haz de electrones
mediante un campo magnético . En 1926, un estudiante del profesor
Hidetsugu Yagi, Kinjiro Okabe, adoptado esta innovación mediante la división
del ánodo en dos piezas (ánodo split) que le permitió mover el campo de alta
frecuencia(10 a 100 metros de longitud de onda ) que decímetro . Este
recorrido de descubrimiento de la comunidad científica, pero debido a
problemas de estabilidad de la frecuencia transmitida, este dispositivo no se
usó inmediatamente en telecomunicaciones. Él recibió una patente en los
Estados Unidos en 1929 (N º 1735294) para esta unidad. Alemán Erich
Habann en la Universidad de Jena, y el profesor Agustín Checa Žáček en la
Universidad Carolina de Praga, desarrollada de forma independiente un
magnetrón frecuencias de hasta 100 MHz a 1 GHz.
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Hasta 1940, los magnetrones estaban bien equipadas con un ánodo de
múltiples segmentos, y su potencia no exceda de cien vatios que no
permite considerar su uso en comunicaciones de largo alcance o la
producción de pulsos longitud de onda corta. Sin embargo, las primeras
aplicaciones cubiertas por este tipo de magnetrón eran los que producen
pulsos electromagnéticos para la detección de icebergs y
barcos. La Normandía está bien equipado con un radar experimental
del SFR en 1936 utilizando un ánodo del magnetrón división 5 . El 27 de
noviembre de 1935, Hans Erich Hollmann ha solicitado una patente para el
primer multi-cavidad magnetrón. Se le concedió 12 de julio 1938 6 . En
febrero de 1940, de la Universidad de Birmingham, en el grupo de Marcus
Oliphant, quien trabajó extensamente en el desarrollo de los radares
militares británicos Randall y Boot mayores poderes obtenidos con una
nueva estructura con seis cavidades cilíndricas en lugar del ánodo
multisegmento o Hollman caries. El desarrollo de estos magnetrones de
múltiples cavidades se encomendó al grupo encabezado por ECS Megaw,
Wembley el laboratorio del GEC.
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Megaw era un especialista magnetrones varios
segmentos que se había equipado recientemente
con refrigeración por agua. Megaw fue lanzado en
mayo de 1940 una primera versión del magnetrón
Randall sellado y arranque, como el E1188. Sin
embargo, los días 8 y 9 de mayo, recibió la visita
de su colega francés del LCR, Maurice Ponte
acompañado del capitán Labat que le trajo un
prototipo M-16 desarrollado por Henri Gutton en
los laboratorios de la SFR, filial de la CSF. El
magnetrón que incluye un cátodo Ponte
interpuesto óxido en lugar del cátodo de alambre
de tungsteno, que resuelve los problemas de la
vida, mientras que también aumenta el poder. La
segunda versión construida por Megaw, el E1189,
que se incorpora el óxido de cátodo magnetrón
Gutton, lo que permite eliminar el agua de
refrigeración 7 , 8 . Ambas innovaciones, cavidades
múltiples y cátodo de óxido, fueron la base de los
desarrollos realizados en los laboratorios de
EE.UU. 9 .
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El enviado de la Misión Tizard, George Edward Bowen, dio una copia de la cavidad
magnetrón a los estadounidenses con el fin de hacer a gran escala, Gran Bretaña
tenía ni los recursos financieros ni la infraestructura en estos momentos
difíciles. El Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), creado para que
elLaboratorio de Radiación para el estudio y desarrollo de más magnetrones
avanzados. Los avances tecnológicos realizados en el magnetrón (cavidades)
siempre que los Aliados un avance tecnológico que ha jugado un papel importante
en el desenlace de la Segunda Guerra Mundial. Permitió a proporcionar radar radio
de la fuente de alimentación potente (cientos de vatios) y la longitud de onda más
corta para una mejor resolución de la detección. Su frecuencia alta de250 MHz a 3
GHz ( UHF) y más allá de 3 GHz ( ondas centímetro ) permite, además de la
reducción del tamaño de la antena y por lo tanto la construcción de los radares a
bordo del barco primero, entonces tenía .
Los alemanes también continuó la investigación en esta área y Hans Hollmann en
Berlín obtuvo una patente en 1935 en un magnetrón múltiples cavidades
resonantes que el ejército alemán abandonó en favor de la klystron frecuencia más
estables.
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
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Diagrama de funcionamiento de una cavidad magnetrón
El magnetrón es un tubo de vacío sin rejilla de parada, con un cátodo
central, calentado por un filamento, y un ánodo concéntrico de masa
y en el que se cortan varias cavidades resonador. Un campo
magnético axial, generalmente creada por dos imanes
permanentes en cada extremo del tubo. La ruta en espiral(debido al
campo magnético) de los electrones es a una frecuencia sintonizada
a las cavidades resonantes.
El magnetrón es auto-oscilante, que permite la edición simple, como
en hornos de microondas. Potencias disponibles son del orden de
unos pocos kW continua (MW de pico) a 3 GHz y cientos de vatios
(pico cientos de kW) a 10 GHz . Magnetrones están disponibles
hasta 35 GHz ( banda Ka). Para estos poderes una tensión de varios
miles de voltios se requiere.
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Por contra, las características de
la onda producida
( Fase particular) son difíciles de
controlar lo que ha limitado
durante mucho tiempo su
uso. La introducción de bloqueo
de inyección tiene un gran
avance en este campo. Por lo
tanto, fue posible ampliar el uso
del magnetrón, y mucho menos
caro que otros dispositivos de
microondas.