Tabung Microwave

Untuk aplikasi frekuensi sangat tinggi (di atas 1 GHz), kapasitansi antarelektroda dan penundaan waktu transit dari konstruksi tabung elektron standar menjadi penghalang. Namun, tampaknya tidak ada akhir dari cara kreatif pembuatan tabung, dan beberapa desain tabung elektron frekuensi tinggi telah dibuat untuk mengatasi tantangan ini.

Ditemukan pada tahun 1939 bahwa rongga toroida terbuat dari bahan konduktif yang disebut resonator rongga mengelilingi berkas elektron dengan intensitas berosilasi dapat mengekstrak daya dari berkas tanpa benar-benar mencegat berkas itu sendiri. Medan listrik dan magnet yang berosilasi yang terkait dengan pancaran “bergema” di dalam rongga, dengan cara yang mirip dengan suara mobil berjalan yang bergema di ngarai pinggir jalan, memungkinkan energi frekuensi radio ditransfer dari pancaran ke pemandu gelombang atau kabel koaksial terhubung ke resonator dengan loop kopling. Tabung itu disebut tabung keluaran induktif , atau IOT :

Dua peneliti yang berperan dalam pengembangan awal IOT, sepasang saudara bernama Sigurd dan Russell Varian, menambahkan resonator rongga kedua untuk input sinyal ke tabung output induktif. Resonator input ini bertindak sebagai sepasang kisi induktif untuk secara bergantian "mengumpulkan" dan melepaskan paket elektron ke ruang hanyut tabung, sehingga berkas elektron akan terdiri dari elektron yang bergerak pada kecepatan yang berbeda. “Modulasi kecepatan” berkas ini diterjemahkan ke dalam jenis variasi amplitudo yang sama pada resonator keluaran, di mana energi diekstraksi dari berkas. Saudara-saudara Varian menyebut penemuan mereka sebagai klystron .

Penemuan lain dari Varian bersaudara adalah reflex klystron tabung. Dalam tabung ini, elektron yang dipancarkan dari katoda yang dipanaskan berjalan melalui kisi-kisi rongga menuju pelat repeller, kemudian ditolak dan dikembalikan seperti semula (karenanya dinamakan refleks ) melalui kisi-kisi rongga. Osilasi mandiri akan berkembang dalam tabung ini, frekuensi yang dapat diubah dengan menyesuaikan tegangan repeller. Oleh karena itu, tabung ini beroperasi sebagai osilator yang dikontrol tegangan.

Sebagai osilator yang dikontrol tegangan, tabung klystron refleks biasanya berfungsi sebagai "osilator lokal" untuk peralatan radar dan penerima gelombang mikro:

Awalnya dikembangkan sebagai perangkat berdaya rendah yang outputnya memerlukan amplifikasi lebih lanjut untuk penggunaan pemancar radio, desain klystron refleks disempurnakan ke titik di mana tabung dapat berfungsi sebagai perangkat daya dengan sendirinya. Sejak itu klystron refleks telah digantikan oleh perangkat semikonduktor dalam penerapan osilator lokal, tetapi klystron amplifikasi terus digunakan dalam pemancar radio frekuensi tinggi berdaya tinggi dan dalam aplikasi penelitian ilmiah.

Satu tabung gelombang mikro melakukan tugasnya dengan sangat baik dan dengan biaya yang sangat efektif sehingga terus menjadi yang tertinggi di ranah kompetitif elektronik konsumen:tabung magnetron. Perangkat ini membentuk inti dari setiap oven microwave, menghasilkan beberapa ratus watt energi RF gelombang mikro yang digunakan untuk memanaskan makanan dan minuman, dan melakukannya di bawah kondisi yang paling melelahkan untuk sebuah tabung:dinyalakan dan dimatikan pada waktu acak dan untuk jangka waktu acak.

Tabung magnetron mewakili jenis tabung yang sama sekali berbeda dari IOT dan klystron. Sedangkan tabung terakhir menggunakan berkas elektron linier, magnetron mengarahkan berkas elektronnya dalam pola melingkar melalui medan magnet yang kuat:

Sekali lagi, resonator rongga digunakan sebagai "sirkuit tangki" frekuensi gelombang mikro, yang mengekstraksi energi dari berkas elektron yang lewat secara induktif. Seperti semua perangkat frekuensi gelombang mikro yang menggunakan resonator rongga, setidaknya salah satu rongga resonator diketuk dengan loop kopling :loop kawat yang secara magnetis menghubungkan kabel koaksial ke struktur resonansi rongga, memungkinkan daya RF diarahkan keluar dari tabung ke beban. Dalam kasus oven microwave, daya keluaran diarahkan melalui pemandu gelombang ke makanan atau minuman yang akan dipanaskan, molekul air di dalamnya bertindak sebagai resistor beban kecil, membuang energi listrik dalam bentuk panas.

Magnet yang diperlukan untuk operasi magnetron tidak ditunjukkan dalam diagram. Fluks magnet berjalan tegak lurus terhadap bidang lintasan elektron melingkar. Dengan kata lain, dari tampilan tabung yang ditunjukkan pada diagram, Anda melihat lurus ke salah satu kutub magnet.