Способ измерения электродинамических параметров замедляющих систем ламп бегущей волны Советский патент 1979 года по МПК H01J25/34 H01J9/42 

- ,. .

Иэоёретение относится к электронной технике СВЧ, в частности к электровакуумным СВЧ приборам, и может быть использовагез при измерении параметров этих приборов в реальных условиях их работы.

Известны способы измерения электродинамических параметров замедляющих систем ламп бегущей волны (ЛЕВ), например сопротивления связи RQ, основан ные на взаимодействии пучка электронов с бегущей электромагнитной волной: способ полного подавления сигнала lj (эффект Компфнера) и способ малых электронных затуханий 2.

Эти способы позволяют определять сопротивление связи замедляющих систем в условиях, приближенных к работе ЛБВ.

Как известно, в ЛБВ модулированный электронный пучок возбуждает группу электромагнитных волн. Их суперпозиция может привести К усилению суммарного поля, его ослаблению и даже полному по-

глощению пучком электронов. В основе таких способов лежит измерение ускоряющего напряжения UQ и тока пучка Dp , при которых на выходе ЛБВ наблюдается один и;з укаёанньгх эффектов: для метода малых затуханий - слабое поглощение поля пучком, для эффекта Компфнера - полное поглощение пучком поля на выходе пампы,.

Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения электродинамических параметров замедляющих систем ЛБВ, основанный на взаимодействии пучка эле)ктронов с бегущей электромагнитной волной метод невлияния 3. Его сущность заключается в специальном подборе токапучка Зо и ускорякяцего напряжения U (при условии ) для получения в лампе усиления, равного единице..

Недостатком перечисленных способов является сильная-зависимость результатов измерений от условий измерения выходной мощности: требуется устранение нелинейных искажений и достаточно точное знание коэффициентов отражений и их фаз; необходимо проводить измерения на уровне слабых сигналов. Все это в конечном счете снижает точность способов. К недостаткам способов относится нёвозможность измерения с их помощью коэффициента депрессии. Коэффициент депрессии, как и замедление, в перечисленных способах задается. В то же время для некоторых типов замедляющих систети .коэффициент депрессии точно не известен. Это ограничивает применимость известных cnpcoiSoB измерения параметров ЛБВ для ряда классов ламп и затрудняет их йредварительное проектирование, Целыо изобретения является увеличение точности определё1 пш параметров замедляющих систем ламп бегущей волны за счет совместного измерения сопротивления связи икоэффшгаента Депрессии, а также снижение чувствительности к условиям измерений этих величин.

Aniin (,1и

may. X tnax/

2

U - + 5i2

oVT,

nVYl-IM Т- J 1 А max

о«11п уиах max /

г 4 рПф- -:-О- -гг

отш 5i

IDOIJI

опредепшотся измеренным и t в киловольтах) значениями напряжени В Х1 oniin и замёдпейяемШф {ТокамиI пучка Зо соответствующими напряжениями (оуплп )Jonldix 5 Ш1ага енной частотой u;, ч тглжах

Предлагаемый способ предполагает известньпйи статическую вольтамперную характеристику лампы, площадь .пучха S , частоту сигнала U) и зам«длег ние Ыф.

Вьпцеприведенные уравнения являются математической записью известных границ области больших усилений ЛБВ. Применимость этих уравнений к реальным ЛБВ (как и применимость других вариантов метода зондовых ) основана на воа ожности использования одномерной теории при расчетах хорошо сконструированных ЛБВ и их макетов, у которых форма пучка хорошо сохраняется н всей длине прибора.

ou

( UJ, Im-in Чак

2

Д

Кл Их wax

Границы области больших усилений первоначально были получены для ЛБВ, усиливающих слабые сигналы и имеющих пренебрежимо малые джоулевы потери. Однако в настоящее время накоплен большой материал, показывающий, что границы спада усиления ЛБВ в режиме насыщения практически с ними совпадают.

Характеристическое уравнение ЛБВ, а также играницы области больших усилений, полученные из него, не зависят от условий на границах секций ЛБВ и степени согласования их концов. Они являются ойдими для входных, промежуточных и выходных секций. Поэтому напряжения спада усиления должны быть одинаковьтми для многосекционных и односекшюнных ЛБВ. Этот факт хорошо подтверждается имеющимися в литературе данными.

Предлагаемый способ и его применение поясняются чертежами. На фигч 1,2ойние решения приведенных выше уравнеСущность предлагйемого способа заключается в определении миник айьного и максимального анод-. ных напряжений, при которых начинается спад выходной мощности ЛБВ, Эти напряжения соответствуют точкам изменения крутизны зависимости выходной мощности Pgjjiy, от напряжения пучка Uo Bbix (ио)-Дпя Uo-UomiH и V ortiaiccoставляются два уравнения (- св-Г 2Х Г -хДгО;совместное решение которых дает иско |Мые значения коэффициента депрессии Г и сопротивления связи PC в Коэффициенты вышеприведенных уравнений , 5 НИИ; на фиг. 3 нанесены результаты из мерений; на фиг. 4 - результат графиче кого решения приведенных уравнений. На фиг 1, 2 использованы вспомога тельные величины: Jue,,(,.) max. S-ta / Ро m-in fnoix .,-2.Ъ4 ТСрзТг где T- /cpo, С - скорость света, DO измерено в амперах, (jp- в киловольтах. В формулах для Enuuc luu под нужно пони Pomo(y ovviaxomax Pomin ominiPow при анализе фиг. 1, 2 соответственно. Значения J (Uon,iv должны быть сняты по статической вол амперной характеристике лампы. Вдоль каждой линии фиг. 1, 2 отношение ,/ остается постоянным. Поиск корней сЕ, И Г и сходных уравнений с помощью их общих решений на фиг. 1,2 представляет большие удо ства. Для этого по измерерному замедл нию УУ1ф и вычисленным Poh gyiPoniin на фиг. 1,. 2 нужно провести линии фРотах и rn pomin ° ; st соответственно. Их пересечения с линия ми ((ju -cons-t позволяют построить две зависимости .u -.( Ч-Мо..,. выражая в которых wo, | -D и б через RcftH Г, получаем графики двух з висимостей ГР.СНсв/и и, Г ,(.и,.„ Их пересечение определяет искомые зна чения Rj-g и Г. Предлагаемый способ был опробован при определении RCB промышленной ЛВВ. В целях получения более резкой от и о оказалось зависимости Р, полезным подстраивать входной сигнал 6 максимум КПД. Зависимость max приведена на фиг. 3. Напряжения liomih и J о так выделены сплошными вертикальными ЛИНИ.ЯМИ. В относительных единицах 0,929; ,2i Если на фиг. 3 провести касательные к кривой Pftbixvrtax о ° стороны найденных значений, то области их пересечения ; определяют погрешности измере™™ -опгос. оттп границы выделены на фиг. 3 пунктирными линиями. Отклонегшя от Uomin и U о vnc(4 жат в пределах 11%, На фиг. 4 приведены графики зависимостей F . ) Заштрихована область, соответствуюшая погрешности определения onictx и Я° данным рис. 3. Получены численные значения RCB и Г; 18 (Н iO. 2,-)6(tO,05) Приведенный пример показывает, что предлагаемый способ удобен в применении и обеспечивает достаточно низкую погрешность. В отличие от других известных способов измерения электродинамических параметров замедляющих систем предлагаемый способ позволяет находить не только RCB. но и коэффициент депрессии, что приводит к увеличению точности определения параметров замедляющих систет. Это расширяет возможности предварительного проектирования ламп бегущей ВОЛНЫ с такими типаьш замедляющих систем, для которых Г точно неизвестен. Возможность проведения измерений в существегшо нелинейных режимах насьш1ения д, не требует устранения нелинейных искажений сигнала и резко снижает чувствительность измерений к согласованию концов лампы. Предлагаемый способ может применяться для измерений на действующих лампах бегутйей волны, их макетах, а также при измерениях электронным зондом. Формула изобретения Способ измерения электрод1шамических параметров замедляющих систем ламп бегущей волны, основанный на взаимодействии пучка электронов с бегущей электромагнитной волной, о тЛичающийс я т&л, что, с целью увепичения точности определения параметров замедляющих систем ламп бегущей волны за счет совместного измерения соцротивления свяеаи RCB и коэффициента депрессии Г, а также снижения чувствительности к уелоstusM измei eш й, измеряют минимальное Uoy,,.i И максимальноеUp тон. внодкое напряжения, при

ны, при этих значениях Оо определяют R(g4 .Г путем решения двух уравнений

f- св Л - - св2х г -х т--о;

-Г

ГДе

«,2 где OU - частота сигнала; тф - замедяение волны omin oniax най йлеююа ;спада уойлёйигя; omw omaxT г У йап)яжени Jowih 6mait t - пяаэмеййые частоты пучк при напряжениях и о „ и - ;- .;1 о№01к : ;, , :.,. Г .;;.. Источйшш .информашш, принятые во внимание при экспертизе i;, Jotinson M. aip-Condi-tion,Proc.3REcl955 43, JSfe 17, р. 2,Дмитриев Б. С. и др. Измерение электродинамических параметров замедлякявдх систем с помощью электронного аонда методом: затуханий. чЭлектронная Техника ,серия 1. 1968, № 6, с. 157. 3.Авторское .рвидетельство СССР № 297087, кл, Н 01 Т 9/42, опублшс. 1968.

1Ь

16

1

iг

аг

аз

г/

Й25

а-

Д/5

Щ ш Q.

и/

аз

а

/г1/

д так

I

to о,ь

US

f Cfcei KtH (Off)