Klistron to lampa mikrofalowa z modulacją prędkości elektronów. Służy do wzmacniania i generacji przebiegów mikrofalowych (o częstoliwościach od setek megaherców w górę). Składa się z katody wysyłałącej elektrony, zespołu elektrod ogniskujących wyemitowane elektrony w wąską wiązkę, anody przyśpieszącej oraz przynajmniej dwóch rezonatorów i kolektora.

Katoda klistronu emituje elektrony, które po uformowaniu w wąską wiązkę są przyśpieszane przez anodę pracującą pod wysokim napięciem, rzędu kilowoltów. Po minięciu anody elektrony wlatują w obszar pierwszego rezonatora, który jest rezonatorem wejściowym - do niego doprowadzony jest sygnał wejściowy. Elektrony wchodzące do rezonatora mają stałą prędkość, zależną od przyśpieszającego napięcia anody. Doprowadzony do rezonatora wejściowego sygnał wzbudza w nim pole elektromagnetyczne o częstotliwości sygnału, którego składowa elektryczna równolegla do kierunku oddziałuje na elektrony, zmieniając ich prędkość. W efekcie elektrony opuszczające rezonator wejściowy mają już różną prędkość - w chwili gdy pole elektryczne miało kierunek zgodny z ruchem elektronów są one dodatkowo przyśpieszone, w przeciwnym wypadku spowolnione. Elektrony poruszając się dalej w kierunku drugiego rezonatora grupują się - elektrony szybsze doganiają wolniejsze - następuje ogniskowanie fazowe i do rezonatora wyjściowego dolatują "paczkami", a nie jako jeden ciągły strumień.

Strumień elektronów o zmiennym natężeniu wzbudza w obwodzie wyjściowym kosztem swojej energii pole elektromagnetyczne, które może zostać wyprowadzone na zewnątrz jako wzmocniony sygnał użyteczny. Po opuszczeniu rezonatora wyjściowego elektrony dolatują do kolektora. Ze względu na fakt, że obwody wejściowe i wyjściowe mają charakter rezonatorów, klistron jest lampą wąskopasmową - potrafi pracować tylko na częstotliwości zbliżonej do tej, dla której został zaprojektowany.

Aby zwiększyć wzmocnienie klistronu można pomiędzy rezonator wejściowy i wyjściowy wprowadzić jeden lub kilka rezonatorów pośrednich. Układ taki jest równoważny dwom (lub więcej) klistronom dwuobwowodym połączonym szeregowo, przy czym rezonator pośredni jest jednocześnie obwodem wyjściowym pierwszego klistronu i wejściowym następnego.

Mikrofale to rodzaj promieniowania elektromagnetycznego o długości fali pomiędzy podczerwienią i falami ultrakrótkimi, zaliczane są do fal radiowych, przyjęto że odpowiada im zakres od 1mm(częstotliwość 300GHz) do 30cm(1GHz). W elektronice stosowanie sygnałów o częstotliwościach mikrofalowych oznacza, że rozmiary urządzenia (w najprostszym przypadku falowodu) są zbliżone do długości fali przenoszonego sygnału i opis obwodu przy pomocy elementów o stałych skupionych nie jest wystarczająco dokładny.

Istnienie fal elektromagnetycznych, którymi są też mikrofale, przewidział jako wniosek z równań odkrytych przez siebie James Clerk Maxwell w 1864 roku. Pierwsze doświadczenia, przeprowadzone przez H Hertza, pokazujące istnienie fal elektromagnetycznych wysyłały i odbierały fale w zakresie UHF zaliczanym do mikrofal. Rozwój techniki i teorii mikrofal wystąpił dopiero w latach 30. XX w okresie prac nad radarami.

Ziemska atmosfera pochłania całkowicie promieniowanie mikrofalowe o częstotliwości powyżej 300 GHz, stając się dla niego znów przezroczysta w tzw. oknie optycznym.

Rys. Ułożenie spinów elektronów w stanie podstawowym atomu (cząsteczki).

Gdy atom przejdzie na wyższy poziom energetyczny, jego spin może być skierowany równolegle (rys - I) lub antyrównolegle (rys - II) w stosunku do spinu elektronu znajdującego się w stanie niższym.

 

 

Rys. Ułożenie spinów elektronów w stanie singletowym (I) i trypletowym (II)

 

Stan atomu (cząsteczki) o spinach ustawionych antyrównolegle nazywamy stanem singletowym, równolegle - trypletowym. Mówimy, że stany trypletowe i singletowe są stanami o różnej multipletowości.

---