Зонд для измерения параметров электронных пучков электроннолучевых приборов Советский патент 1979 года по МПК H01J23/16 H01J25/00 

1 . Изобретение относится к электрони ке, в частности, к устройствам, служащим для измерения параметров элект ронных пучков в СВЧ-приборах О- и МтИпа и позволяющим определять распре деление плотности тока по поперечному сечейию, размеры и другие характеристики пучка электронов в различных точках по длине прибора. Известно зондовое устройство для измерения структуры электронных пучков 1 . Данное устройство позволяет проводить качественные измерения углов наклона электронных траекторий на ос нове использования разрезного коллек тора. Однако этой информации недоста JO4HO для решения различных задач пр конструировании СВЧ-приборов. Кроме того, Необходима также информация о продольных, поперечных и азимутальны составлйн5щих скорости электронов в различных точках по длине и сечению пучка.. Наиболее близким к предлагаемому является зонд для измерения параметров электронных пучков электровакуум ных приборов, содержащий корпус, диа фрагму с отверстием, анализирующую сетку и коллектор электронов, позволяющий проводить измерение распределения плотйос-ш токами размеров электронного пучка, а также распределение электронов по продольным скоростям в различных TO4Ra -SjTfe1i iioHftoro пучка 2 . Недостаток данного устройства заключается в НебозмЬжности измерений одновременно всех составляющих скорости электронов, что является чрезвычайно важной задачей при разработке приборов с длительным взаимсдействием. Цель изобретения - одновременное измерение плотности электронов и функции распределения электронов по радиальной, продольной и азимутальной составляющим скорости электронов в различных точках по длине и сечению прибора. С этой целью коллектор выполнен, по крайней мере, из пяти изолирбванных сегментов, число отверстий анализирующей сетки равно числу сегментов коллектора,причем каждый сегмент расположен за соответствующим отверстием сегки,.а прозрачность сетки удовлетворяет условию 50%5-S 10%, где S - прозрачность сетки. Применение в устройстве коллектора электронов из набора сегмецтов позволяет определять ток каждой секции. Сегменты коллектора расположеяы за соответствующими отверстиями, Анали.эирующая сетка представляет собой Диафрагму с набором малых отверстий, расположенных по определенному закону. Это дает возможность определять расплывание части электронного пучка прошедшей через основную диафрагму, и ее смещение относительно оси зонда а также радиальное и азимутальное смещение электронов. Так как анализирующая сетка (диафрагмас набором отверстий) изолирована от корпуса зон да, то можно изменять ее потенциал и создавать тормозящее поле в промежутке основная диафрагма - анализирующая сетка, что и позволяет определять продольную составляющую скорости электронов, а с учетом радиального и азимутального смещения электронов, определять также радиальную и азимута льную скорости электронов. Конструкция предлагаемого зондово го устройства поясняется чертежом. Зондовое устройство:состоит из корпуса 1, диафрагмы с малым отверст ем 2, анализирующей сетки 3, сегмент рованного коллектора электронов 4 иизолятора 5. Отверстия в анализирующей сетке делают меньшего размера, чем поперечный размер одного сегмента коллектора и располагают на равном расстоянии друг от друга в узлах квадратной сетки. Анализирующая сетк ра:с положен а на расстоянии нескольких миллиметров от основной диафрагмы, а -коллектор - в Непосредственной близости от дополнительной диафрагмы. Сегменты коллектора изолированы между собой и имеют вывод на устройство для индикации тока. Для проведения . измерений по длине и сечению прибора поперечные размеры зонда должны быть достаточно малы. Ограничения на проз рачность сетки необходимы для того, чтобы электроны из соседнего отверст не попадали на данный сегмент коллек тора. Количество сегментов коллектора определяет разрешающую способность устройства чем больше их, тем выше разрешающая способность зонда. Количество секций коллектора должно быть не менее пяти, поскольку необходимо измерять положительные, нулевые и отрицательные углы наклона, причем углы наклона существуют как по Вертикальной, так и по горизонтальной оси. Работает зонд следующим образом. Часть электронного пучка проходит в,отверстие диафрагмы и двигается дальше в соответствии с тегли радиаль ными и азимутальными скоростями, которые были на входе в измерительное устройство. Так как электроны в пучке имеют различные значения радиальной и азимутальной сос±авляющей скорости электронов, то происходит расплывание пучка. Если в пучке существует преимущественный угол наклона траектории, то пучок в зонде смещается относительно оси. Часть этого пучка попадает в отверстия анализирующей сетки и на сегменты коллектора, а другая часть оседает на сетку с малой прозрачностью. Измеряя ток каждой секции коллектора, можно получить распределение плотности электронов по секциям коллектора. Если расстояние между основной и дополнитель юй диафрагмами составляет Е , а радиальная и азимутальная координата данного отверстия г и Р , соответственно, то электроны, попав-г шие в это отверстие имеют радиальную скорость V , а азимутальную скорость V V S/E . Следовательнор определяя ток каждой, секции коллектора, а также продольную скорость, можно найти радиальную и азимутальную скорости для этих электронов. Для одного из зондов геомет зические размеры составляют h 0,4 мм, Е 10 мм. Разрешающая способность . по углу наклона составляет AtgoL Ji- 0,04, а по углу поворота t|4 .. то есть разрешающая способность зависит, от углов наклона электронных траекторий и от точки измерения по сечению (R), Так, например, при измерениях в центре пучка при нулевых углах наклона измерить угол поворота практически невозможно. Если углы наклона электронных траекторий отличны от нуля, или зонд, смещен от оси пучка, то измерения проводить можно. .. Измерив ток каждой секции.коллектора, можно получить информацию о преимугцественных углах наклона электронных траекторий и об углах поворота электронного пучка. Перемещая измерительное устройство по длине к цоперечному сечению пучка, можно получить необходимую информацию в каждой точке прибора. КрЬме того, если измерять ток всех секций коллектора одновременно, то предложенным устройством можно пользоваться для измерения плотности тока по сечению пучка с учетом проз-, рачности сетки. Для определения радиальных и азимутальных скоростей электронов необходимо йз.Мёрйть продольную скорость и. Для этого на сетку подается тормозящий потенциал |И по кривой торможения находится распределение электронов по энергиям. Следует отметить, что при подаче тормозящего потенциала можно значительно (в 5-10 раз) увеличить разрешающую способность устройства по углу поворота, а следовательно по азимутальной составляющей скорости электронов. . Данное устройство позволяет измерять продольные, радиальные, и азимутальные скорости электронов и углы поворота электронных пучков Как на входе в пространство взаимодействия и коллекторную область, так и по дли не прибора, что существенно облегчает конструирование формирующих и кол лекторных систем. Особенно важна эта информация при расчете коллекторных, систем с рекуперацией, так как в это случае для расчета оптимального коллектор а необходимы экспериментальные данные о структуре пучка на входе в коллектор. Измерение углов поворота электронных пучков.имеет также важное значение для разработки приборов типа МЦР. Таким образом, применение данного устройства позволит значительно уменьшить токооседание на замедляю1цую систему и, следовательно., увеличить Надежность и срок службы прибор а также дает возможность получать ма симальные значения технического КПД прибора за счет применения оптимального коллектора-рекуператора. Формула изобретения Зонд для измерения параметров электронных пучков электроннолучевых приборов, содержащий корпус, диафрагму с отверстием, анализирующую сетку и коллектор электронов, отличающийся тем, что, с целью одновременного измерения плотности электронов и функции распределения электронов по радиальной, продольной и азимутальной составляющим скорости в разг личных точках по длине и сечению прибора, коллектор выполнен, по крайней мере, из пяти изолированных сегментов , число отверстий анализирующей сетки равно числу сегментов коллектора, причем каждый сегмент расположен за соответствующим отверстием сетки, а прозрачность сетки удовлетворяет условию 50% ; S /j. 10%, где S - прозрачность сетки. . Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Фрост Р. Д. и др. Электронные прожекто жл для получения сплошных пучков с высоким первеансом и большой сходимостью. Труды института радиоинженеров, 1962, т. 50, № 8, с. 1840 -2, Калинин 10. А. Экспериментальное исследование электронного пучка в ЛОВО, Лекции по электронике СВЧ, кУ1, Саратов, СГУ, 1972, с. 208 (прототип).

/ 5