Электроны подходят к первой сетке 1-го резонатора в виде невозмущенного (равномер-ного) потока. Далее электроны попадают в зазор 1-го резонатора (т.е. в промежуток между первой и второй сетками) и, если переменное напряжение входного сигнала на второй сетке резонатора положительно а на первой отрицательно, то вектор напряженности переменного поля Е направлен навстречу движению электронов (поле является ускоряющим), при этом электроны за время пролёта между первой и второй сетками увеличивают свою скорость. Таким образом, 1-ый резонатор является модулятором потока электронов по скорости.
В течение второй половины периода – переменное напряжение на второй сетке становится отрицательным, при этом вектор Е направлен от первой сетки ко второй и электроны проле-тая зазор между сетками теряют свою скорость. Таким образом, изменение скорости элек-тронов определяется мгновенной разностью потенциалов на сетках 1-го резонатора и имеет наибольшие значения в моменты экстремумов переменного поля на сетках модулятора.
На графике движение электронов пролетевших первый резонатор представлено в виде прямых линий, тангенс угла наклона которых, к оси абсцисс, пропорционален скорости электронов.
Так электроны, пролетевшие сетки резонатора в моменты прохождения переменного на-пряжения через ноль (точки на оси Х0 – 0; 2; 4; 6; 8; 10…) – продолжают движение со средней скоростью невозмущённого движения V0, т.е. их скорость не изменяется и называются они невозмущёнными электронами.
Траектории электронов при тормозящих полупериодах (точки на графике 3; 7; 11…) сос-тавляют с осью Х меньший угол – они замедляют свою скорость, а электроны, проходящие резонатор в моменты укоряющих полупериодов (точки 1; 5; 9; 13…) – увеличивают свою скорость.
В результате, в некоторый момент времени, все подвергшиеся изменению скорости электроны сближаются друг с другом и оказываются в одной и той же плоскости Х4 отстоящей от плоскости Х0 на расстоянии пространства дрейфа L. Напряжения U0 и U1м можно подобрать таким образом, чтобы электроны встречались в середине зазора выходного резонатора. И, если, в этот момент СВЧ поле выходного резонатора является тормозящим, то происходит наибольшая передача энергии от сгустка электронов СВЧ полю.
В 1-м резонаторе передачи энергии потока электронов СВЧ полю не происходит, т.к. в этом резонаторе половина электронов ускоряется, а другая половина тормозится. В этом случае сохраняется относительный баланс энергии. Энергия источника усиливаемого сигнала (т.е. входного сигнала) почти не расходуется.
Во 2-ом резонаторе (выходном) процесс торможения электронов, т.е. отдачи ими своей кинетической энергии СВЧ полю преобладает. В результате происходит усиление СВЧ сигнала по мощности.
Помимо двухрезонаторных существуют и многорезонаторные клистроны, которые позволяют усиливать более слабые сигналы. КПД многорезонаторных клистронов достигает 40%, тогда как у двух резонаторных КПД 15 ¸20%.
Частотный диапазон пролётных клистронов достигает десятка ГГц. Выходная мощность в импульсном режиме - сотни киловатт.
