Способ определения шумовых параметров электронного потока Советский патент 1977 года по МПК H01J25/34 H01J9/42 

где со-рабочаячастота, 1/с; ш - редуцированная плазменная частота. Т/с; L - холодное затухание активной части замедляюшгй системы, дб; VQ -- средняя скорость электронов, м/с; Уф- фазовая сксрость волны в системе, м/с X j Re S i, у р I m 5 i - действительная и мнимая части соответствующего корня, i 1, 2,3, входящих в формулу для S и п. Шумовые параметры S и П определяются в процессе решения сложной системы уравнений, включающих как расчет односкоростного преобразователя волн пространствеьшого заряда в электронной пушке, так и характеристических параметров пространства взаимодействия прибора 2. Однако известный способ допускает определение только величин шумовых параметров S, П и коэффициента Ы1ума исследуемого устройства. Практика показывает, что знания шумовых параметров S и П и коэффициента шума недостаточно для определения потенциальных (с точки зрения минимума шумов) возможностей прибора. Необходимо также определить оптимальные условия согласования пространства взаимодействия с электронно-оптической системой, т.е. условия реализации минимального коэффициента шума, что требует измерения величин шумовых параметров Ф, и Лна входе в пространство взаимодействия, где Ф - спектральная плотность интенсивности флуктуации эквивалентного кинетического потенциала, 4 - спектральная плотность интенсивности флуктуации конвекционного тока, Л - мнимая компонента взаимной спектральной плотности интенсивности флуктуации тока и кинетического потенциала, Вт/Гц. Кроме того, недостатками способа являются малая оперативность измерений, обусловливаемая чрезвычайно громоздкими расчетами преобразователя волн пространственного заряда в электронной njouKe, и сравнительно низкая точность определения шумовых параметров, связанная с тем, что вариации распределения ускоряющего потенциала в пушке могут приводить к появлению дополнитель ных источников шумов, например, из за изменения характера линзовых эффектов и формы поперечного сечения , не учитьшаемых данным методом. Цель изобретения - обеспечить одновременное определение полной системы шумовых параметров электронного потока, а также ускорить и упростить процесс измерений. Поставленая цель достигается тем что для определения шумовых параметров электронного потока измеряют коэффициент шума и определяют характеристические параметры при постоянстве электрических и геометрических параметров электронно-оптической системы для нескольких выбранных значений параметра рассинхронизма. личество измерении соответствует числу шумовых параметров и ойределяют решением системы уравнений ...5 - номер измерения; о - ток пучка; К -постоянная Больцмана (К 138х ); TO - температура входного устройства (То 290° К); Q. - потенциал спирали; F j - коэффициент шума, измеренный для выбранных значений параметра рассинхронизма; ые параметры электронного потока: S - полная спектральная плотность интенсивности шз мовых флуктуации; Л - вещественная компонента взаимной спектральной плотности интенсивности флуктуации тока и кинетического потенциала; Ф - спектральная плотность интенсивности флуктуации кинетического потенциала; Ф - спектральная плотность интенсивности флуктуации конвекционного тока; Л - мнимая компонента взаимной спектральной плотности интенсивности флуктуации тока и кинетического потенциала; характеристические параметры: . С -параметр усиления; , 53 - корни характеристического (дисперсионного) уравнения ЛБВ, определенные для тех же величин параметра рассинхронизма, что и коэффициент шума FJ; У I mS 1 - вещественная и мнимая части соответствующего корня дисперсионного уравнения. тный вариант осуществления способа заследующем, щью стандартного измерителя коэффиа измеряется величина коэффициента -усилителя типа О для нескольких значений параметра рассинхронизма засистемы, число которых соответствует определяемых щумовых параметров. величины коэффициента шума при параметра рассинхронизма достигают в рассогласования области взаимодейектронно-оптической системы прибора

путем изменения потешщала спирали. В процессе этих измерений исследуемьй прибор выводится из режима, соответствующего режиму максимального усиления по мощности, что повышает стабильность его работы. Диапазон изменения параметра рассинхронизма ограничивается только условиями нарущеиия нхпировки лампы.

Далее по одной из известных методик экспериментально либо расчетным путем определяют холодное затухание замедляющей системы и зависимость коэффициента усиления по мощности от тока пучка и с учетом геометрии спирали определяют величины харакуеристических параметров, соответствующие каждому из выбранных значений параметра рассинхронизма. Шумовые параметры электронного потока определяют njnreM разрешения относительно S, П, Ф, Ф и Л системы уравнений, полученной в результате подстановки в приведенную формулу для коэффициента шума измеренных описанньвл способом величин коэффициента шума и характеристических параметров, найденных для тех же самых значений параметра рассинхронизма.

Экспериментально были измерены шумовые параметры электронного потока ЛБВ в диапазоне со средней частотой ш 3, (1/сек) при токе пучка Эр 7мА и с характеристическими параметрами С 0,06; d 0,10; « С,6. Измерение коэффициента шума и определение взличин (5, , ,) проводилось для каждого из пяти значений параметра рассинхронизма b 0,0; 0,4; 0,8; 1,2; 1,6, которым соответствовали величины потенциала спирали Vo 1165В; 1221В; 1279В; 1338В; 1400 В. Полученные значения шумовых параметров свидетельствуют о возможности улучшения шумовых свойств исследуемого прибора, так как измерение величины параметров и Л для обычных режимов работы лампы отличаются от оптимальных величин %пт и АОПТ соответственно на 3 % и 120 %. Полное согласование по этим параметрам позволяет снизить минимальный коэффициент шума прибора с 37 до 24 единиц.

Достоинством способа является возможность одновременного измерения полной системы шумовых параметров электронного потока и коэффициента шума, допускающая оперативную оценку трансформационных свойств электронно-оптической онстемы и степени согласования этой системы с пространством взаимодействия, что необходимо при конструировании усилителя с минимальньпл коэффициентом щума.

Возможность алгоритмизации процесса определения шумовых параметров и применение стандартного измерительного оборудования позволяют использовать предлагаемый способ в автоматизированых системах измерения и контроля щумовых параметров электронных потоков.

Формула изобретения

Способ определения шутловых параметров электронного потока СВЧ-усилителей типа О,

основанный на измерении коэффициента шума путем рассогласования электронно-оптической системы с областью взаимодействия и определения характеристических параметров пространства взаимодействия, отличающийся тем, что, с целью

обеспечения возможности одновременного определения полной системы шумовых параметров электронного потока, ускорения и упрощения процесса измерений, измерение коэффициента шума и определение характеристических параметров производят при постоянстве электрических и геометрических параметров электронно-оптической системы для нескольких выбранных значений параметра рассинхронизма, причем количество измерений соответствует числу искомых шумовых параметров, и определяют последние решением системы уравнений:

21сго/(

Р.г

4V,

oiCKT

Ф |. . , .C .

|s.n.

30

где i 1,2... 5 - номер измерения;

lo - ток пучка;

К - постоянная Больцмана ( К 1,38х )Ш- Дд/°К);

TO - температура входного устройства (То 290° К);

VQJ - потенциал спирали;

FJ - коэффициент шума, измеренный для выбранных значений параметра рассинхронизма;

шумовые параметры электронного потока:

S - полная спектральная плотность интенсивности шумовых флуктуации

П - вещественная компонента взаимной спектральной плотности интенсивности флуктуации тока и кинетического потенциала;

Ф - спектральная плотность интенсивности флуктуации кинетического потенциала;

Ф - спектральная плотность интенсивности флуктуации конвекционного тока;

Л - мнимая компонента взаимной спектральной плотности интенсивности флуктзаций тока и кинетического потенциала; характеристическке параметры:

. С - параметр усиления; 5i Sj 5з - корни характеристического (дисперсиош1ого)зфавнения ЛЕВ, определенные для тех же величин параметра рассинхронизма, что и коэффициент шума

f

у7 - вещественная и мнимая части соответствующего корня характеристического уравнения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1.Hammer I. М. Power Spectra measurements on Ultra- low noise lournal AppUPhys.

V. 35, 1964. №4,p.p. 1147-1153.

2.Голубенцев A. Ф., Тержов И. И. Метод измерения и расчета шумовых парш1етров S и П электронного потока. Электронная техника)Серия 1 Электроника СВЧ, 1968., вып. 4, с. 103 - 114 (прототип).