Все эти пролётные как-то сразу про: залётные, золотоглавые, гимназистки румяные... И вообще откуда такое странное название железяки, — КЛИСТРОН? Вумная книга навевает на какие-то туалетные мысли? А, чё?! Клизма, клистир от немецкого klysma, латинского clysma, греческого klysma «промывание». Получается от одного корня греческого klyzo... А, клистрон тоже klyzo + (элек)трон. Как бы там не было, а присутствует некий поток который что-то там промывает, омывает, окатывает и тд.! И чаво это он там промывает? А?!
Правильно, это всё про динамическое управление электронным потоком... Более подробно, это здесь: http://proza.ru/2022/06/28/1521 А, вкратце: электромагнитное поле между сеток на рис.1 проводит модуляцию по скорости (на отдельные электроны ноль внимания). Одни скорости замедляет, другие ускоряют, и? И отпускает на все четыре стороны... Эти четыре стороны называются ПРОСТРАНСТВОМ ДРЕЙФА. В конечном виде электроны кучкуются и попадают в зону взаимодействия с полем СВЧ.
Поставим на место каких-то там сеток и зон по резонатору и видим картинку рис.4. В итоге получим двухрезонаторный клистрон. В левый (для Вас) резонатор поступает напряжение СВЧ с помощью петли связи (индуктивная связь), далее... Далее, слева от входного резонатора находится катод (электронная пушка). Кстати, на рис.4а показан наш резонатор с небольшим разрезом. Да вот так вертикально в разрезе все резонаторы и изображены. Это тороид. На корпусе левого (входного) резонатора присутствует положительный потенциал. Электроны с радостью устремляются к нему! Но с помощью электромагнитной фокусировки (ЭМ,ЭМ) они (электроны) попадают на сетку резонатора, на скоростях пролетают через вторую сетку и попадают в пространство дрейфа. Дрейф от голландского drift «направленное движение». Конечно же электронов (ионов) под воздействием электрического поля. Да, вумная книга даёт и другие понятия, в основном морские... Но, если у Вас море прямо под окном, всё равно для нашей темы морское это очень и очень далеко!
А откуда поле в этом дрейфе? Как откуда?! Плюс на корпусе второго резонатора и этот ещё, выбиватель долгов, — коллектор. Пространство дрейфа это не только и не столько место для фланирования электронов, но главное для сбивания до кучи (сгустков) электро-баранов! И вот как только, так сразу сформированные сгустки попадают в сетки второго (выходного) резонатора и с помощью такой же петли связи происходит отбор энергии! Те электроны, которые ещё не потеряли свою потенцию сдуру влетают в коллектор, нагревая его. Всё, цепь замкнулась! По сути кинетическая энергия электронов превращается в энергию СВЧ. Каждый сгусток даёт прирост энергии. Традиционно на рис.2, левая часть пространственно-временные диаграммы образования сгустков. Уровень 2 это тот центр второго резонатора. Оранжевая линия уровень третьего резонатора (примерно конечно). Уровень 3 с одной стороны разгруппировки сгустков, а с другой собираются до кучи и другие, заблудшие электроны. Получается такой не очень густой сгусток и уже не использованный... Как видите сгустки прилетают с частотой управляющего напряжения. На рис.2, правая половина влияние входной мощности на место образования сгустков. Рис.2а, перелёт. Рис.2b. наоборот, недолёт сгусток образовался раньше нужного времени. И наконец рис.2с оптимальный режим, точно в цель! На рис.3а показана зависимость выходной мощности от величины входной. А диаграммы на рис.2a,b,c объяснение как величины входной мощности происходят все перелёты и недолёты... А, голубая окружность и есть тот оптимальный режим!
Для простоты понимания считайте резонаторы контурами LC причём в нашем случае с индуктивной, (трансформаторной) связью. Двухрезонаторный клистрон работает как усилитель, но лучшее враг хорошего! Оказывается клистрон мало усиливает, видишь ли?! И началось... Впёрли между резонаторами ещё один и ещё, ещё... И как оказалось, что усиление увеличилось! Но это в случае когда все резонаторы настроены на одну и ту же резонансную частоту! Такой режим обзывается... Правильно Вы подумали, — режим синхронной настройки. А всегда ли такой режим необходим? Нет, не всегда! Посмотрите на рис.3b. Это совместные амплитудно-частотные характеристики, АЧХ. Очень острая (сплошная линия) это та самая синхронная настройка. Да, усиление зашибись... Но в большинстве случаев нужна не узкая полоса частот, а скорее наоборот! Вот штриховой линией и есть та, более широкая полоса. Как же этого добиться? Оно конечно применять хреновой проводимости металлы (низкой добротности Q), но так не делают, а как?
Кто имел дело со схемами старых телевизоров, могли заметить как много каскадов и контуров в канале изображения. И всё потому как для усиления необходима очень широкая полоса частот. Это с одной стороны, а с другой? Правильно, крутые фронты этой полосы частот. Так ещё график полосы частот должен быть в идеале ПРЯМОУГОЛЬНИК! А, вот один контур не мог удовлетворить этим двум условиям вот так сразу, и? И делали кучу каскадов с кучей контуров и все на разные частоты! Да прямоугольник не получился, а вот фронты да! Конечно приблизительно-точно, но всё же! Вот так и в случае многорезонаторных клистронов. Так на рис.3b АЧХ трёхрезонаторного клистрона и три частоты. Наличие дополнительных (холостых) резонаторов приводит более эффективной группировке сгустков и как результат, — большое усиление.
А, что, применение многорезонаторных ограничено только усилением СВЧ-сигнала? Нет конечно. Не вдаваясь шибко в подробности их применяют в качестве: умножителей, генераторов, преобразователей. В основном применяют двухрезонаторные клистроны. Так в умножителях в качестве второго (выходного) резонатора применяют настроенного на частоту гармоник: 2,3,4 и тд. С генераторами проще. С выходного резонатора подают во входной через линию обратной связи часть энергии СВЧ и схема готова! С преобразователями несколько сложнее, но не очень. Клистрон слегка изменяют примерно так как на рис.4. Изменение показано синим цветом. Перед катодом ставят УС, — управляющую сетку. На неё подаётся низкая частота (относительно СВЧ) F. На выходе суммарная частота Fрез.+ F, где Fрез. — резонансная частота входного резонатора и +/- выходного. На рисунке, как пример отечественные пролётные клистроны. на рис.6, — КИУ-273, а на рис.7, — КИУ-168. Из-за нехватки места они показаны не в масштабе. По-моему 273, — трёхрезонаторный, а 168, — четырёхрезонаторный. Так как они довольно мощные, то как один так и другой охлаждаются (во время работы) какой-то жидкостью? Чисто для генераторных целей применяют, нет не многорезонаторные, а наоборот ОДНОРЕЗОНАТОРНЫЕ КЛИСТРОНЫ! Так называемые ОТРАЖАТЕЛЬНЫЕ. Но об этом в следующих мини-лекциях.