|
A mikrohullámú csöveket elsősorban a katonai alkalmazások (lokátor technika) miatt fejlesztették ki, még a II. világháború idején. Az első próbálkozásokhoz még kevés elméleti tudás állt rendelkezésre és ez párhuzamosan fejlődőtt a felhasználással. A háború végével azután számos katonai berendezést állítottak át polgári felhasználásra, tudományos kísérletekre. Fontos megemlíteni, hogy Magyarországon közvetlenül a háború végén (1946) sikerült hold-föld összeköttetést létesíteni az Egyesült Izzóban egy ilyen berendezéssel (lásd. Tungsram cikk). A polgári alkalmazásai a mikrohullámú rendszereknek, rendhagyó módon a sokcsatornás telefontechnika és a tv-technika. Gondoljunk bele egyetlen tv-csatorna vagy 1000-2000 telefoncsatorna egyidejű átvitelére 5...8MHz sávszélesség szükséges. Ilyen felhasználás mellett az 1GHz alatti frekvencia tartományok nem jöhetnek számításba, mert azt már az AM, FM és a TV műsorok, az ipari kereskedelmi, hajózási, rádió amatőr és természetesen a katonai célú felhasználások már elfoglalják. A mikrohullámú sávban a terjedés gyakorlatilag egyenes vonalú, így az átjátszó állomásokat átlagosan 50km-ként kell telepíteni, hogy nagyobb távolságok áthidalhatóak legyenek. Az adófrekvenciát a zavarok és a begerjedések elkerülésére rendszerint ciklikusan váltják, ez viszonylag nagy sávszélességet igényel. Emiatt jelölték ki, a 3...13GHz-es tartományban a mikrohullámú sávokat. Az adóantenna által erőssen nyalábolt elektromágneses hullámok alkalmazása igen előnyös tulajdonságokkal bír, mert a vevő antenna az adóteljesítmény nagy részét fogja fel és így kisebb adóteljesítmény szükséges azaz jó hatásfokkal üzemeltethető, másrészt a lehallgatás ellen is jól védett. A késöbbiekben felmerült igényként az űrhírközlés is. Ennek céljaira csak a mikrohullám a megoldás, mert alacsonyabb sávokon a kozmikus zaj, illetve az ionoszféráról olyan nagy a visszaverődés, hogy megakadályozza a továbbítást. Az űrhírközlés számára fenntartott sáv 12...18GHz-es sáv. Jelentős felhasználási terület továbbá, a polgári életben ma már hétköznapinak számító mikrohullámú sütő is.
Számomra a mikrohullámú technika mindig is egy misztikus és varázslatos területe az elektronikának. Viccesen, a szakembereit szokták még "cső" szerelőknek is titulálni, utalva a hasonlóságra, ami a vízvezeték szerelőkkel van, mert bizony itt komoly tudás szükséges a vezetékezésre, a szerelésre, mert a tápvonalak többnyire már üregesek, a magas frekvenciák miatt. Azaz, a cső hajlítás itt komoly tudomány és egyáltalán nem mindegy, hogy mit hová és mi mellett vezetünk. Könnyedén előfordulhat, hogy a számunkra hiányzó (rajzszerinti) kapacitás két alkatrész között úgy valósul meg, hogy az egyik ellenállás lábának hajlítása és a mellette menő vezeték adja a szükséges kapacitást. De a modern technologiák alkalmazása is komoly tudománnyal bír mint pl. a panelekből kialakított antennák és egyébb bravúrok.
Az internetet túrkálva azután láthatóak megannyi sokszor porlasztónak kinéző, de amúgy komoly teljesítményű rövidhullámú végfokazatok. Ha lenne helyem bizonyára már komoly gyűjtője lennék ezeknek a tárgyaknak, de így - a család nő tagja örömére, egyenlőre nem gyűjthetem.
 Az EC56 belső kialakítása Tértöltésvezérlésű csövekA hagyományos elektroncsöveknél a katód és az anód áramát a megszokott módokon a rács feszültségével vezérelhetjük. Kis frekvenciákon (10MHz-ig) nincs is komoly baj ezzel, ezért működésük, látszólagosan statikusnak tekinthető, vagyis az elektron repülési ideje alatt a vezérlőfeszültség megváltozása elhanyagolható. 100MHz fölötti frekvenciákon az elektron futás ideje összemérhető lesz az erősítendő jel periódus idejével, a cső méretei pedig a hullámhosszal. Ilyen esetben a cső meredeksége (erősítése) lecsökken, és a vezérléshez immáron teljesítmény szükséges. Különleges kapcsolásokkal és kis elektróda távolságú, sík elrendezésű elektroncsövekkel a frekvenciahatár kitolható 1...6GHz-ig. Ezek a csövek a tárcsatriódák, ceruzatriódák (pencil tube), világítótorony csövek. A kialakításuk szinte kizárólag koaxiális és üveg-fém illetve kerámia-fém anyagúak. Klisztronok
A mikrohullámú csövek éppen az elektronok futásidejét és más, a klasszikus elektroncsöveknél nem vizsgált jelenségeket használnak ki működésük közben. Például, hogy a mikrohullámú elektromágneses tér elektromos komponense és az elektronok között energetikai kölcsönhatás játszódik le. A gyakorlatban egy üregrezonátor résében vagy a folytonos hullámvezető mentén meg végbe.
Az üregrezonátor olyan rezgőkör, amelynek méretei összemérhetőek a hullámhosszal és a rezonancia-frekvenciájának megfelelő elektromos rezgések elektromágneses állóhullámokat keltenek bennük. Általában az üreg résében a maximális a nagyfrekvenciás feszültség és az elektromos tér, ez a rés a rezgőkör kondenzátorához hasonló.
A különboző hullámvezetők az üregrezonátorral szemben széles sávúak, méreteik a hullámhosszal összemérhetők, az elektromágneses hullám, azzal együtt a feszültség- és térerőmaximumok is haladnak rajtuk. Ha egy vákuumban lévő kondenzátor fegyverzetei között töltések mozognak (konvekciós áram folyik), a külső áramkörben influált áram keletkezik. Az influentált áram arányos a töltött részecskék sebességével, megfelelő töltés mozgásakor ez az áram elég nagy lehet.
A mikrohullámú csövekben az elektronágyúból egyforma sebességgel kilépő elektronokat a mikrohullámú tér és az elektronnyaláb közti csatolás következtében, a nagyfrekvenciás tér periódikusan felgyorsítja vagy lefékezi. A gyorsuló elektronok energiája a nagyfrekvenciás tér energiáját csökkentve nő, míg a lassuló elektronok kinetikus energiájából leadott energia a nagyfrekvenciás teret erősíti. Ha sikerül elérni, hogy jóval több elektron - hoszabb ideig - tartózkodjon a lassuló térrészben, mint amennyi a gyorsuló térben, vagyis több elektron adjon le energiát a nagyfrekvenciás térnek, akkor a mikrohullámú jel erősödni fog.
 Kétüreges klisztron
A legegyszerűbb klisztron a kétüreges klisztron. Az elektronágyú fókuszált és felgyorsított elektronnyalábot szolgáltat. Ez a nyaláb az első rezonátor résén áthaladva a futási térbe lép. A futási teret elhagyva a második rezonátor résén halad át a nyaláb, majd a kollektor veszi fel az elektronokat. A két üreg rezonátor és a futási tér átlagpotenciálja megegyezik az elektronágyú utolsó gyorsítóelektródájának a feszültségével, így a nyalábfeszültséggel is. A kollektor feszültsége egyanekkora, vagy ennél kisebb szokott lenni.
Az első (bemenő)rezonátorba becsatolt mikrohullámú jel a rezonátor résében mikrohullámú villamos erőteret hoz létre. Miután ez a feszültség hozzátartozik a nyaláb átlagpotenciáljához, félperiódusonként váltakozva gyorsítani vagy lassítani fogja a résen áthaladó elektronokat. (v=√(2q/m)∙√U : U: a potenciál pillanatnyi értéke.) A rés mikrohullámú feszültségének amplitudója sokkal kisebb, mint az átlagpotenciál. A résből kilépő elektronok sebessége az idő függvényében a bemeneti feszültségének megfelelően változó lesz. Ez a jelenség a sebesség moduláció. A futási térben az első rezonátor résében kapott sebességgel fognak haladni az elektronok. Ennek következtében a futási tér végén az időfüggvényében ingadozó számú elektron fog haladni. Ez azt jelenti, hogy a futási téren történő áthaladás révén a kezdeti sebességmoduláció sűrűségmodulációt hoz létre. Az eredetileg egyenáramot képviselő elektronnyalábnak a sűrűségmoduláció folytán váltakozó áramú összetevője lesz. Ez a konvekciós áram a rezonátor résein áthaladva az üregben influált áramot hoz létre, ezáltal az üregrezonátorban mikrohullámú elektromágneses tér keletkezik, amelynek energiáját kicsatolhatjuk a tápvonalra.
Az üregrezonátor hasonlóan viselkedik rezonancia-frekvenciájának környezetében, mint a párhuzamos rezgőkör. Így a rezonátort a konvekciós áramnak az alapharmonikusa gerjeszti, amelyre rá van hangolva. Ha a be- és a kimenő rezonátor frekvenciái megegyeznek, a klisztront erősítésre használhatjuk. Amennyiben a kimenőrezonátor frekvenciája többszöröse a bemenő üregének, úgy a klisztron frekvencia sokszorozásra használható. Ha egy erősítő klisztron kimenőjelének egy részét visszacsatoljuk a bemenő üregbe, oszcillátort kaphatunk. Az ilyen oszcillátor a nagyobb szelektívitás miatt kisebb zajú lehet, mint a reflex-klisztron. A kétüreges klisztont előerősítő fokozatokban nagy zaja miatt nem alkalmazzák és kis hatás foka miatt végerősítőként sem szokás alkalmazni.
Többüreges klisztron
Ezek rendszerint nagyteljesítményű végerősítő adócsövek. Az előbb említett hátrányok kiküszöbölésével váltak erre a feladatra alkalmassá. Az egy csőben elhelyezett üregrezonátorok száma 3-tól 6-ig terjedhet, de általában 4 szokott lenni. Az első és az utolsó üreg szerepe megegyezik a kétüreges klisztron be- és kimenő üregének szerepével. A közbenső segédüregek nem csatlakoznak külső áramkörhöz, de mindig keletkezik bennük alapfrekvenciájú mikrohullámú tér, ezáltal fokozzák a nyaláb sebesség- (és sürűség-) modulációjának alapfrekvenciás összetevőjét. Ilyen végcsöveket használnak a IV-V. sávbeli tv-adókhoz. Kimeneti teljesítményük néhányszor 10kW folyamatos üzemben. Gyorsító feszültségük 50kV-ig, nyalábáramuk 10A-ig terjedhet, hatásfokuk 35...45%. Az ilyen nagy klisztonban a nyaláb áramsürűsége olyan nagy, hogy összetertásáról fókuszló mágneses térrel kell gondoskodni.
A többüreges klisztronban a nagy áramsűrűség miatt üzem közben gázok szabadulnak fel. A gyártáskor nem lehet tökéletesen gáztalanítani. A gáz képződése különösen nagy mérvű a fókuszálás beállítása és az első néhány üzemóra alatt. Ezt a nagymérvű gáz mennyiséget a szokásos getterekkel megkötni nem lehet, ezért a katód közelében iongetter-szivattyút építenek be, ezt úgy méretezik, hogy a cső egész élettartama alatt keletkező gázokat megkösse.
Az iongetter-szivattyú a Penning-manométer elvén működik. Ez lényegében egy erős tengelyirányú mágneses térbe helyezett hidegkatódos dióda, ahol az anód nagy pozitív feszültségen van. Mindkét elektróda anyaga titánlemez. A nagy térerő hatására csekély téremisszíós áram folyik, de az elektronok hosszú csavart pályán érik el az anódot a mágneses tér hatására. Így megnő a gázmolekulákkal való ütközés valószínűsége. Ütközés esetén a keletkezett pozitív töltésű gázionok a katódra repülnek és a titánt katódporlasztják és szekunder elektronokat keltenek. A felszabaduló titán gőz elnyeli a maradék gázokat. A nagy gyorsítófeszültség, és a nagy nyalábáramok miatt a csőben kemény és nagy intenzitású röntgensugárzás keletkezik. A klisztronok zaját a katód határozza meg, mert abból különböző sebességgel lépnek ki az elektronok, ami a kezdeti sebesség és egyben a sűrűség modulációt nagy mértékben befolyásolja a keletkező zajfeszültséget. Ebből az következik, hogy a többüreges klisztonnak nem lehet nagyobb zaja mint a kétüregesnek.
| VALVO Mikrohullámú klisztronok |
| Típus | fókusz | hűtés | fűtés | Üzemi adatok | Pmax
(kW) | hossz
(mm) |
 |
Uf
(V) | If
(A) | f
(Mhz) | -Ukc
(kV) | -Uc
(kV) | Uacc
(kV) | -Ufoc k
(V) | Ik
(A) | P1
(W) | Pn sy
(kW) |
| YK1001 | permanens mágnes | léghűtés max. 65m3/perc | 7,8 | 32 | 470-790 | 18 1 | 0,5 | 0 | 400 | 1,9 | <17 | 11 | 40 | 1630 |
| 13,5 1 | 5,0 | 0 | 400 | 1,9 | <17 | 11 |
| 15 2 | 5,0 | - | 400 | 2,2 | <6 | 2,1 |
| 18 3 | 0,5 | 7,5 | 400 | 0,7 | <0,5 | 2,2 |
| 18 3 | 0,5 | 5,5 | 400 | 1,0 | <0,5 | 4,4 |
| 13,5 3 | 5,0 | 7,5 | 400 | 0,7 | <0,5 | 2,2 |
| 13,5 3 | 5,0 | 5,5 | 400 | 1,0 | <0,5 | 4,4 |
| YK1151 | szerelvényre integrált permanens mágnes | léghűtés max. 55m3/perc | 8,01
7,53 | 32 | 470-637 | 16,51 | 4,0 | 0 | 300 | 3,6 | <2,5 | 22 | 65 | 1710 |
| 17,5 1 | 4,0 | 1,0 | 300 | 3,6 | <2,5 | 22 |
| 20 1 | 4,0 | 6,0 | 300 | 3,0 | <2,5 | 22 |
| 638-790 | 20 1 | 4,0 | 6,0 | 300 | 3,0 | <1,7 | 22 |
| 790-860 | 20 1 | 4,5 | 6,0 | 300 | 3,1 | <1,7 | 22 |
| 470-637 | 13,51 | 4,0 | 2,0 | 300 | 2,4 | <2,5 | 11 |
| 16 1 | 4,0 | 5,5 | 300 | 2,1 | <2,5 | 11 |
| 638-790 | 161 | 4,0 | 5,5 | 300 | 2,1 | <1,7 | 11 |
| 790-860 | 161 | 4,5 | 6,0 | 300 | 2,2 | <1,7 | 11 |
| 470-637 | 16,53 | 4,0 | 12,5 | 300 | 0,9 | <0,5 | 4,4 |
| 16,53 | 4,0 | 14,5 | 300 | 0,6 | <0,5 | 2,2 |
| 203 | 4,0 | 16,5 | 300 | 0,8 | <0,5 | 4,4 |
| 203 | 4,0 | 18,5 | 300 | 0,5 | <0,5 | 2,2 |
| 470-637 | 13,53 | 4,0 | 11,5 | 300 | 0,6 | <0,5 | 2,2 |
| 13,53 | 4,0 | 13 | 300 | 0,4 | <0,5 | 1,1 |
| 163 | 4,0 | 14,5 | 300 | 0,5 | <0,5 | 2,2 |
| 163 | 4,0 | 16 | 300 | 0,3 | <0,5 | 1,1 |
| 638-790 | 203 | 4,0 | 16,5 | 300 | 0,6 | <0,5 | 4,4 |
| 203 | 4,0 | 18,5 | 300 | 0,5 | <0,5 | 2,2 |
| 163 | 4,0 | 14,5 | 300 | 0,5 | <0,5 | 2,2 |
| 163 | 4,0 | 16 | 300 | 0,3 | <0,5 | 1,1 |
| 790-860 | 203 | 4,5 | 17 | 300 | 0,8 | <0,5 | 4,4 |
| 203 | 4,5 | 19 | 300 | 0,5 | <0,5 | 2,2 |
| 163 | 4,5 | 15 | 300 | 0,5 | <0,5 | 2,2 |
| 163 | 4,5 | 16,5 | 300 | 0,3 | <0,5 | 1,1 |
| YK1190 | Elektromágneses | gőzhűtés 27cm3/perc. kW-onként | 8,5 | 22-27 | 470-610 | 221 | - | 15 | - | 6,3 | 1-2 | 45 | 150 | 1635 |
| 20,51 | - | - | - | 5,7 | 5-10 | 45 |
| 223 | - | 15 | - | 1,15 | 1,5 | 4,5 |
| YK1191 | 590-720 | 223 | - | 16 | - | 0,95 | 1,5 | 2,25 |
| 20,53 | - | 13 | - | 1,25 | 1,5 | 4,5 |
| YK1195 | 20,53 | - | 14 | - | 1,0 | 1,5 | 2,25 |
| 470-610 | 22,51 | - | - | - | 6,4 | 5-10 | 58 |
| YK1196 | 22,51 | - | - | - | 6,4 | 5-10 | 58 |
| 590-720 | 22,53 | - | 14 | - | 1,5 | 1,5 | 12 |
1: Képadócsöként.
2: Közönséges mikrohullámú felhasználásra, kép- és hangadócsőként.
3: Hangadócsőként.
Frekvencia-sokszorozó klisztron
A frekvencia-sokszorozó klisztronoknál a kimenőjel frekvenciája 10-15 -szöröse a bemenőjel rezgészámának, azonban a cső kimeneti teljesítménye és hatásfoka kicsi. Ezen klisztronfajtát nagy satabilitású, mikrohullámú jel előállításánál alkalmazzák oly módon, hogy egy kvarcoszcillátor jelét előbb hagyományos módon, majd a mikrohullámú tartományban frekvencia-sokszorozó klisztonnal sokszorozzák. Ez a sokszorozási elv 10GHz-ig alkalmazható. A frekvencia-sokszorozó klisztron könnyen felismerhető arról, hogy a katód felőli ürege nagyobb, mint a kollektor felöli kimenő ürege.
  Reflex-klisztron
A reflex-klisztronok a félvezető technika mellett is alkalmazás képesek a mikrohullámú technikában, elsősorban oszcillátorként. Az elektronágyúból kilépő, felgyorsított elektronnyalább áthalad az üregrezonátor résén. Feltételezve, hogy a cső már rezeg, a nyaláb sebesség-modulációt szenved, ugyanúgy, ahogyan azt a kétüreges klisztronnál már láttuk. A résen áthaladva azonban a nyaláb fékező térbe kerül. Az elektronok még a negatív feszültségű repeller előtt visszafordulnak. A repeller előtti térben az elektronra állandó erő hat, ezért út-idő görbélyük parabola alakú, a kapott járulékos sebességtől függően kisebb vagy nagyobb ívű. A résen a ta időpontban áthaladó elektron körül sűrűsödés alakul ki. Mivel a gyorsulás minden elektronra nézve egyforma, az egyes parabolák ugyanazon parabolának különböző nagyságú darabjai. A ta közelében kilépő elektronok kezdősebességüknek megfelelően különboző mélységig hatolnak be a repeller előtti térbe. A korábban nagyobb sebességgel kilépő elektron, több utat tesz meg, repülési ideje hosszabb lesz, így a résbe visszatérve találkozhat a ta pillanatban kilépett elektronnal. A később kisebb sebességgel kilépett elektron rövidebb repülési ideje miatt ugyanakkor ér vissza a résbe, mint az előbb kilépett elektron. A tb időpontban kilépő elektron körül - az előzőekből kiindulva - csak ritkulás jöhet létre. A repeller feszültséggel a fékező tér, s ezzel a gyorsulás nagyságát úgy kell megválasztani, hogy a sűrűsödő elektronok olyan ta' időpillanatban térjenek vissza a résbe, amikor a mikrohullámú tér maximálisan fékezi az elektronokat. Ekkor ezek az elektronok maximális energiát adnak át a térnek. A legkevesebb elektron akkor halad át a résen, amikor azok a térből a legnagyobb energiát vehetik föl. Így átlagosan az elektronok adnak át energiát a mikrohullámú térnek, és ha ez elegendő a rezonátor veszteségeinek és a terhelésre kicsatolt energia fedezésére a cső rezegni fog. Különboző repeller-feszültségen is rezonancia képes a cső. A repeller-feszültség kis mértékű változtatásával a frekvencia is szűktartományban szabályozható.
A reflex-klisztronok kimeneti teljesítménye csekély, néhányszor 100mW nagyságrendű szokott lenni. A gyorsító feszültségük is alacsony (pár 100V), és kicsi az elektronnyaláb árama is. Ezért a rést két rács határolja, végül ezek vagy a rezonátor tömör részei veszik fel az elektronokat. A reflex-klisztronokat műszeroszcillátorokként és helyi rezgéskeltőként használják.
| |
