Квантовый подход:

В таком подходе высокочастотное поле представляет собой совокупность фотонов с энергией , и взаимодействие электронного пучка с полями резонаторов представляет собой испускание и поглощение фотонов. Например, если электрон попадает в тормозящую фазу поля и теряет часть свой кинетической энергии, то она переходит к полю в виде испущенного фотона.

Для того, чтобы обеспечить эффективную передачу энергии от электронов к высокочастотному полю выходного резонатора, необходимо, чтобы большое число электронов излучало «в такт», для этого предварительно электронный поток модулируется и превращается в серию сгущений, так электроны приходят в зазор резонатора синфазно и коллективно излучают фотоны, одновременно отдавая энергию полю выходного резонатора, повышаю амплитуду СВЧ-колебаний.

Вышеописанный принцип справедлив и для отражательного клистрона, с той лишь разницей, что в данном случае используется только один резонатор, выполняющий как функцию скоростной модуляции, так и функцию взаимодействия сгруппированных электронов с полем.

1.2. Каковы основные сходства и различие клистрона и отражательного клистрона:

Для наглядности в качестве клистрона рассмотрим типичный двухрезонаторный и многорезонаторный клистроны.

Рассматриваемые клистроны являются приборами О-типа, т.е. в таких приборах прямолинейный поток электронов будет передавать высокочастотному полю часть своей кинетической энергии, группирование электронов происходит за счет взаимодействие с продольной составляющей электрического поля, направление которой совпадает с направлением движения электронов. Магнитное поле в данном случае не обязательно для работы устройства (помимо его использования для фокусировки электронов в пространстве дрейфа).

Двухрезонаторный и многорезонаторные клистроны могут выполнять роль как усилителя, так и генератора в зависимости от схемы включения и наличия обратной связи, отражательный клистрон выполняет роль генератора, причем генерация в нем происходит за счет двойного пролета электронов через резонатор т.е. внешняя обратная связь не нужна.

Так как принцип действия рассматриваемых клистронов был описан в п.1.1. в данном пункте сравним конструктивные особенности, различные параметры, области применения.

Конструктивные особенности:

Двухрезонаторный и многорезонаторные клистроны:

Двухрезонаторный клистрон имеет два резонатора, в случае многорезонаторного клистрона резонаторов много: один или несколько дополнительных резонаторов добавляются в промежутке между входным и выходным резонаторами. Есть пространство дрейфа, коллектор.

Более сложен в конструктивной реализации, особенно в многорезонаторном исполнении.

Отражательный клистрон:

Имеет один резонатор и отражательный электрод. Пространство пролета электрона представляет собой пространство между резонатором и электродом, на который подан отрицательный потенциал.

Более простая конструктивная реализация, меньше габариты. [5]

Оба рассматриваемых прибора имеют электронную пушку, предварительно задающую скорость электронному пучку.

Параметры данных приборов

Двухрезонаторный и многорезонаторные клистроны:

Как правило, имеют более высокий КПД порядка 10%–15% [6 стр.6] у двухрезонаторного и 35%–45% [6 стр.6] у многорезонаторного, соответственно, большую выходную мощность при правильном выборе числа резонаторных полостей и расчета длины пролета. Так, многорезонаторные клистроны позволяют получить на выходе мощности несколько сотен кВт в непрерывном режиме, и десятки МВт в импульсном режиме в диапазоне частот от 0,22 до 36 ГГц [6 стр.6]. В двухрезонаторном клистроне выходная мощность лежит в пределах 0,2—200 Вт в диапазоне частот от 5,5–44 ГГц [3]

Перестройка резонансной частоты обычно осуществляется механически, за счет изменения геометрических размеров резонаторов.

Отражательный клистрон:

Как правило, имеет низкий КПД несколько единиц процентов, соответственно, ограничивается малыми мощностями (десятки-сотни мВт), где низкое значение КПД не является недостатком. Способны работать в диапазоне частот от 0,8 до 220 ГГц. [6 стр.12]

Можно легко перестроить частоту, изменив напряжение на отражательном электроде, этот факт является одним из главных преимуществ отражательного клистрона. Перестройку частоты также можно осуществлять и механически.