Способ определения шумовых параметров электронного потока

Способ определения шумовых параметров электронного потока

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Ю тюитиО-ТФх ни еР ." „ (, .,фМИфеетека Y"=-...";, Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАЙКЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (11) 651722 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 25.02.75 (21) 2110380/25 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет (43) Опубликовано 25.03.77. Бюллетень № 11 (4б) Дата опубликования описания11.05.77 (51) N. Кл.е Н01 J 25/34

Н01 J9/42

Государственный комитет

Совета Министров СССР оо делам изобретений н открытий (53) УДК 621.385.63..023 (088.8) (72) Авторы изобретения

А. И. Штыров и А. В. Розанов (71) Заявитель Научно-исследовательский институт механики и физики при Саратовском ордена

Трудового Красного Знамени государственном университете им. Н.Г. Чернышевского (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ШУМОВЫХ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОННОГО

ПОТОКА

Изобретение относится к области измерений на

СВЧ и может найти применение в системах измерения и контроля шумовых параметров при конструировании и производстве усилителей СВЧ типа

"0" (например, малошумящих ламп с бегущей или обратной волной — ЛБВ или ЛОВ) .

Известные способы измерения шумовых параметров, основанные на измерении коэффициента шума экспериментальных образцов лучевых усилителей типа "О" при вариации электрических и геометрических параметров электронной пушки позволяют определять только часть из системы шумовых параметров (S — полную спектральную плотность интенсивности шумовых флуктуаций и П вЂ” вещественную компоненту взаимной спектральной плотности интенсивности флуктуаций тока и кинетического потенциала) й1.

Наиболее близким техническим решением является способ определения шумовых параметров электронного потока, основанный на измерении коэффициента щума СВЧ-усилителей типа "0" путем рассогласования электронно-оптической систе. мы с областью взаимодействия и определении характеристических параметров пространства взаимодействия.

Определение шумовых параметров производится при изменении только электрического режима работы многоэлектродной электронной пушки без применения сложных и дорогостоящих экспериментальных макетов и использовании специального измерительного оборудования. Для нахождения параметров S и П необходимо определить четыре значения коэффициента шума исследуемой ЛБВ, соответствующие четырем распределениям уско1п ряющего потенциала на односкоростном участке электронной пушки, которые создаются путем изменения потенциала одного из электродов пушки, а также произвести измерения холодного затухания активной части спирали и зависимости коэф15 фициента усиления от тока пучка для расчета безразмерных характеристических параметров ЛБВ:

С вЂ” параметра усиления Пирса;

q = с 2< / с С вЂ” параметрапространственного заряда;

d = LV0/ ы С вЂ” параметра распределенных потерь;

Ь = (Ч0- Чф) /ч фС вЂ” параметра рассинхронизма; б; = x; + j у. — корней характеристическоЯ го (дисперсионного) урав25 пения ЛБВ, 551722 где ы — рабочая частота, 1/с;

ы — редуцированная плазменная частота.

Ч

Т/с;

L — холодное затухание активной части замедляюшей системы, дб;

Чр — средняя скорость элсктронов, м/с;

Чф — фазовая скорость волны в системе, м/с; х;= Reо, у Im о — действи=ельная и мнимая части соответствующего корня, = 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 пространственного 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 шума исследуемого устройства, Практика показывает, что знания шумовнх 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, ч и Л на входе в пространство взаимодействия, где Ф вЂ” спектральная плотность интенсивности флуктуаций эквивалентного кинетического потенциала, В /Гц;

4 — спектральная плотность интенсивности флуктуаций конвекционного тока, А /Гц;

Л вЂ” мнимая компонента взаимной спектральной плотности интенсивности флуктуаций тока и кинетического потенциала, Вт/Гц.

Кроме того, недостатками способа являются малая оперативность измерений, обусловливаемая черезвычайно громоздкими расчетами преобразователя волн пространственного заряда в электронной пушке, 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 пучка, не учитываемых данным методом.

Цель изобретения — обеспечить одновременное определение полной системь: 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, причем количество измерений соответствует числу . искомых шумовых параметров и ойределяют последние решением системы уравйений

zxI Id +h

4 а С КТо где i = 1,2...5 — номеризмерения;

4 — ток пучка;

К вЂ” постоянная Больцмана (К = 138х

10- г з Дж/УК) .

То — температура входного устройства (То = 290 К)

V . — потенциал спирали; о„F чтя выбранных значений параметра рассинхронизма; шумовые параметры электронного потока:

S — полная спектральная плотность интенсивности шумовых флуктуаций;

П вЂ” вещественная компонента взаимной спектральной плотности интенсивности флуктуаций тока и кинетического потенциала;

Ф вЂ” спектральная плотность интенсивности флуктуаций кинетического потенциала;

Ф вЂ” спектральная плотность интенсивности флуктуаций конвекционного тока;

Л вЂ” мнимая компонента взаимной спек. тральной плотности интенсивности флуктуаций тока и кинетического потенциала; характеристические параметры:

40 С вЂ” параметр усиления; о з — корни характеристического (дисперсионного) уравнения ЛБВ, определенные для тех же величин параметра рассинхронизма, что и

45 коэффициент шума F;;

x " = Re5q, у = 1тБ — вещественная и мнимая части соответствующего корня дисперсионного уравнения.

Конкретный вариант осуществления способа заключается в следующем.

С помощью стандартного измерителя коэффициента шума измеряется величина коэффициента шума СВЧ-усилителя типа "О для нескольких выбраных значений параметра рассиихронизма замедляющей системы, число которых соответствует количеству определяемых шумовых параметров.

Изменения величины коэффициента шума при изменении параметра рассинхроиизма достигают в результате рассогласования области взаимодействия и электронно-оптической системы прибора

25

2 0 о о

551722 путем измецения потенциала спирали, В процессе этих измерений исследуемьш прибор выводится из режима, соответствующего режиму максимального усиления по мощности, что повышает стабильность его работы. Диапазон изменения параметра рассинхронизма ограничивается только условиями нарушения юстировки 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 характеристических параметров, соответствующие каждому из выбранных значений параметра рассинхронизма. Шумовые параметры электронного потока определяют путем разрешения относительно S, II, ф, р и Л системы уравнений, полученной в результате подстановки в приведенную формулу для коэффициента шума измеренных описанным 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 ю= 3,8 ° 10 (1/сек) при токе пучка 7 = 7мА и с характеристическими параметрами С = 0,06; d = 0,1G; = С,6. Измерение коэффициента шума и определение величин (Ь ... )

192 13 проводилось для каждого из пяти значений параметра рассинхронизма b = 0,0; 0,4; 0,8; 1,2; 1,6, которым соответствовали величины потенциала спирали Но = 1165 В; 1221 В; 1279 В; 1338 В;

1400 В. Полученные значения шумовых параметров свидетельствуют о возможности улучшения шумовых свойств исследуемого прибора, так как измерение величины параметров Ф и Л для обычных режимов работы лампы отличаются от оптимальных величин Ропт и Лопт 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 системы и степени согласования этой системы с пространством взаимодействия, что необходимо при конструировании усилителя с минимальным ксэффициентом шума.

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

Формула изобретения

20 1 1 Ц + а "Ы Т

25 о о

Зо где i =1,2...5

1о

К вЂ” номер измерения; — ток пучка; — постоянная Больцмана (К = 1,38х

g1P-» î1г) . — температура входного устройства (То = 290 К) — потенциал спирали; — коэффициент шума, измеренный для выбранных значений параметра рассинхронизма;

Т0

Н01

40 шумовые параметры электронного потока:

S — полная спектральная плотность интенсивности шумовых флуктуаций;

П вЂ” вещественная компонента взаимной спектральной плотности интенсивности флуктуаций тока и кинетического потенциала;

Ф вЂ” спектральная плотность интенсивности флуктуаций кинетического потенциала; — спектральная плотность интенсивности флуктуаций конвекционного тока;

Л вЂ” мнимая компонента взаимной спектральной плотности интенсивности флуктуаций тока и кинетического поте и@ила; характеристические параметры:

50

60

Спосоо определения шумовых 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:

° °

° °

551722 с 1 э 3 М3

Х4 ю4. 1

Составитель Л. Фролова

Техред М.Ликович

Редактор О. Степина

KoPPemeP А. Алатырев

Тираж 1002 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Монстров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 131/29

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4 — параметр усиления; — корни характеристического (днсперсионного)уравнения ЛБВ, определенные для тех же величин параметра рассинхронизма, что и коэффициент шума F е ф

= Im5 — вещественная и мнимая части соответствующего корня характеристического уравнения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Hammer 1. М. "Power-Spectra measurements

on Ultra — low noise Ьеапч в "journal Арр(,,РЬув. ч. 35, 1964, Ю4, р.р. 1147 — 1163.

2. Голубенцев А. Ф., Тержов И. И. Метод измерения и расчета шумовых параметров S и П электронного потока. "Электронная техника" серия 1

"Электроника СВЧ", 1968., вып. 4, с. 103 — 114

10 (прототип) .