Способ исследования электрических полей в приборах свч

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (i() 744784 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 22.11.78 (21) 2687862/18-25 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. Кл. 2

Н 01 J 39/10

Н 05 Н 7/00

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий

Опубликовано 30.06.80. Бюллетень № 24

Дата опубликования описания 10.07.80 (53) УДК,621.384. .6 (088.8) (72) Авторы изобретения

П. Д. Бурьянов, В. Б. Салицкий и Т. А. Силаева

Севастопольский приборостроительный институт (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ

В ПР ИБОРАХ СВЧ

Изобретение относится к вакуумным электрофизическим установкам, электрон: ным приборам и может быть использовано . при диагностике.

Известен способ исследования электрического поля, основанный на измерении отклонения зондирующего электронного луча исследуемым полем. Недостатком этого спо= соба является его малая точность и чувствительность при измерении слабых локальных электрических полей, что связано с трудностью отсчета величины смещения зонди- р рующего луча на регистрирующем устройстве (экране), когда величина этого смещения соизмерима с диаметром зондирующего электронного луча. Поэтому при измерении структуры электронных потоков и распределения потенциала в приборах СВЧ электронный луч формируется возможно меньшего диа метра и возможно большей протяженности. Это сильно усложняет фокусирующую систему зондирующего луча. о

В качестве прототипа выбран метод электронно-лучевого зандирования, который применяется для измерения напряженности электрического поля, создаваемого простран2 ственными зарядами плазмы или электронного потока в газоразрядных и электронных приборах. Для зондирования слабых полей в электронных приборах с целью увеличения точности отсчета рекомендуется использовать электронные потоки диаметром менее 0,1 мм. В свою очередь, чтобы увеличить расстояние, на которое перемещается зондирующий луч на экране, необходимо увеличивать расстояние от области измеряемого поля до регистрирующего устройства, что следует из формулы ду = 1 3-р(L+ 1) ) где ЛУ вЂ” величина отклонения зондирующего луча на экране;

E — напряженность измеряемого поля; ((о — напряжение ускорения зондирующего луча;

D — протяженность области измеряемого поля;

1 — расстояние от области измеряемого поля до экрана.

Однако увеличение расстояния L приводит к ухудшению качества фокусировки луча на экране регистрирующего устройства, так как формирование протяженных электронных потоков, сфокусированных по всей

744784 длине, связано с большими трудностями и сильно усложняет фокусирующую систему зондирующего луча, а чувствительность и точность метода при этом увеличиваются незначительно.

Некоторого увеличения чувствительности метода, а вместе с тем и более точного отсчета положения зондирующего луча на экране можно добиться снижением скорости электронов зондирующего луча, однако лишь до известных пределов, так как снижение ускоряющего напряжения приводит к уменьшению яркости свечения экрана, а при достижении критического потенциала экрана свечение люминофора прекращается. В этих случаях переходят к замене визуальной регистрации луча на электрическую. При этом точность отсчета положения зондирующего луча не превышает 0,2 диаметра луча. Это связано с тем, что в качестве зондирующего луча используется хорошо сфокусированный по всей длине электронный поток малого диаметра, и все измерения, проведенные на его сечении с использованием механических б устроиств (таких как пластинка с узкой щелью, два фотоумножителя и т. п.), не могут быть выполнены с большой точностью.

Целью настоящего изобретения является повышение чувствительности и точности способа электронно-лучевого зондирования, а также упрощение системы формирования протяженного зондирующего луча.

Указанная цель достигается тем, что зондирующий луч формируют сходящимся, причем таким образом, что его кроссовер располагается в области измеряемого поля, а отсчет величины измеряемого отклонения производят на расходящемся луче по разности токов луча, протекающих через два изолированных друг от друга сегмента разрезного коллектора, границу раздела которых располагают на оси зондирующего луча перпендикулярно направлению отклонения луча исследуемым полем.

При измерении протяженных электрических полей необходимо иметь зондирующий электронный луч, сфокусированный на большом протяжении.

Однако, когда измеряются локальные поля малой протяженности, как это имеет место при исследовании структуры электронных потоков в приборах СВЧ методом электронно-лучевого зондирования, оказывается возможным использовать электронный луч, сфокусированный лишь в области измеряемого поля. В реальных электронных потоках приборов СВЧ протяженность измеряемых полей составляет единицы миллиметров. Поэто, му осуществлять зондирование можно сходящимся электронным лучом, располагая исследуемый электронный поток прибора СВЧ в области кроссовера зондирующего луча.

Это позволяет сильно упростить фокусирующую систему зондирующего луча, так как регистрация его отклонения производится на расходящемся луче и, как будет показано далее, степень его расфокусировки не будет влиять на точность измерения его положения, а напротив — точность повышается с увеличением его диаметра.

Чертеж поясняет предлагаемый способ.

Электронная пушка 1 формирует зондирующий электронный луч 2, который проходит над исследуемым электронным потоком 3, создающим измеряемое электрическое поле, обозначенное вектором Е . Разрезной коллектор 4 зондирующего луча со стоит из двух изолированных друг от друга металлических сегментов. Разность токов сегментов определяется вычитающим устройством 5.

За зоной кроссовера зондирующий электронный луч расфокусируется и представляет собой расходящийся поток электронов, который движется к коллектору, составленному из двух изолированных друг от друга сегментов, причем граница раздела сегментов выполняется по возможности более тон2е кой и расположена (в отсутствии измеряемого поля) на оси зондирующего луча, и перпендикулярна направлению отклонения луча исследуемым полем. Под действием поля луч сдвигается на величину уо.

Токи луча, проходящие через различные сегменты коллектора, подаются на вычитающее устройство, которое фиксирует их разность. По величине и знаку этой разности определяют соответственно величину и направление отклонения зондирующего щ электронного луча под действием измеряемого поля следующим образом. Из чертежа видно, что разность токов через сегменты коллектора определяется током, проходящим через площадь коллектора, обозначенную штриховкой.

В общем случае: = JSp(R)+ dg, D где р)= р.у, P — обьемная плотность пространствен4О ного заряда зондирующего электронного луча;

V — скорость электронов луча.

При малых плотностях тока зондирующего луча (что имеет место в действительности) можно считать P = const. При этом

j (R} = const и ток через заштрихованную область коллектора запишется:

63 3j:Udx dy, =ч1 у Их=а> . Я -д.a o в ф).

so

При малых отклонениях зондирующего луча (в случае слабых локальных полей и достаточно сильной расфокусировки луча)

yo ((R и выражение для разности токов сегментов можно представить:

<3=2j(go R+Ryo)=4sR цо. лJ ьГ

Отсюда в= р 4р.p eи

m 9 где U — ускоряющее напряжение зондирующего луча.

744784

Величины R,P, Ua определяются заранее при формировании требуемого зондирующего луча и представляют собой постоянные величчны для конкретного устройства. Тогда можно записать:

=const, Уо=к 45 5 где 1

4р >V .u, Таким образом, измеряя разность токов

h3 через сегменты разрезного коллектора зондирующего луча, можно определить вели- чину смешения луча Цо на коллекторе. При 10 этом точность способа не зависит от качества фокусировки луча на регистрирующем устройстве, а, напротив, увеличение диаметра зондирующего луча по сравнению с шириной изолирующей границы раздела сегментов коллектора приводит к увеличению точности измерения величины отклонения луча. В связи с этим нет ограничений на расстояние между областью измеряемого поля и регистрирующим устройством, что дополнительно улучшает чувствительность 2о устройства по предлагаемому способу. В случае применения разрезного коллектора нет также ограничений на величину ускоряющего напряжения зондирующего пучка, и оно может быть достаточно малым для увеличения чувствительности. и

Чувствительность данного способа измерения малых величин электрического поля может быть достигнута достаточно высокой, ь поскольку нет принципиальных трудностей по усилению снимаемой с коллектора разности токов до величины, удобной для отсчета.

К достоинствам предлагаемого способа можно отнести и линейную зависимость между разностью токов коллектора и величиной измеряемого отклонения при слабых измеряемых полях, что упрощает обработку результатов измерений.

Формула изобретения

Способ исследования электрических полей в приборах СВЧ, основанный на измерении отклонения зондирующего электронного л ча исследуемым полем, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности способа и упрощения системы формирования протяженного зондирующего луча, луч формируют сходящимся таким образом, чтобы кроссовер его был расположен в области измеряемого поля, а отсчет величины измеряемого отклонения производят на расходящемся луче по раз- ности токов луча, протекающих через два изолированных друг от друга сегмента разрезного коллектора, границу раздела которых располагают на оси зондирующего луча перпендикулярно направлению отклонения луча исследуемым полем.

744784

Составитель Л. Икоев

Редактор Н. Коляда Техред К. Шуфрич Корректор М. Вигула.

Заказ 3673/8 Тираж 844 Подписи ое

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4