Способ измерения высокочастотных характеристик ускоряющих структур

ъСОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 5 Н 7/00 ЕНИЯ П К поля, находят еличины отночастотные хаиз выраженйй Р 1- ехр(-к) е с 4 тие 1 синхсинхр п,ряя ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР10 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ САНИЕ ИЗОБР РСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Институт химической кинетики . и горения СО АН СССР(56) 1. Дмитриев Б.С. и др. Измерени электродинамических.параметров замед ляющих систем с помощью электронного зонда методом малых затуханий, 4.11 Эксперимент. - Электронная техника, сер. 1, Электроника СВЧ, в,6, с 57-68.2Авторское свидетельство СССР . У 297087, кл. Н 01 Л 9/42, 1968:(про тотип).(54) (57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК УСКОРЯЮЩИХСТРУКТУР, основанный на пропусканиичерез ускоряющую структуру непрерывного электрического пучка,возбуждении в ней бегущей волны электромагнитного поля, измерении параметровэлектронного пучка на выходе структу.ры и.определении параметров по аналитическим соотношениям, о т л и -ч а ю щ и й ся тем, что, с цельюповышения точности измерений, изменяют напряжение инжекции электронногопучка, измеряют при этом изменениеэнергии электронного пучка дЮ, измен мощность Р возбуждаемого в струк" БО 110247 туре электромагнитногомаксимальное значение вщенияВ /4 Р и высокотрактеристики определяютЕ юь, 1 ьЭ Рамплитуда ускоряющей гармоники электрического поля; мощность сверхвысокочастотного сигнала,мощность сверхвысокочастотного сигнала, соответствующая максимальномузначению дб/ГРнапряжение инжекции электронов, соответствующее максимальному значению и/ ГР;замедление фазовой скорос- ти ускоряющей гармоники; Скорость света;заряд и масса электрона, соответственно,длина ускоряющей структуры.полное затухание напряженности электрического поля в ускоряющей структуре,3 11024 оптической системы и приемником пучка от величины напряжения инжекции 0 . По формуле д В: 8 - дО определяют семейство зависимостей отношения д Щ / Д , т.е, от величины напряжения инжекции для электронов пучка, находящихся в наиболее оптимальных с точки зрения процесса ускорения фазах ускоряющей. гармоники электрического поля. При измерении характерис" тик ускоряющих структур переменного шага из полученного семейства выбирают зависимость с максимальным отношением д 1/4 Р и таким образом определяют мощность СВЧ"сигналасннрр, которая соответствует этой зависимости, а также напряжение "инжекции Ц ,ц . соответствующее этому максимальному отношению, достигаемому лишь для малой доли пучка, находящейся в окрестности максимума ускоряющей гармоники электрического поля в синхронизме с этой гармоникой в течении всего времени их взаимодействия при определенных значениях мощности СВЧ-сигнала и напряжения инжекции. В частном случае .измерения характеристик строго периодической структуры определяют анало- гичную зависимость Ь 3 Ч / Г при 3 О достаточно малой мощности СВЧ-сигнала с тем, чтобы ошибка в определении максимального отношения д В / Р , которое в этом случае достигается при мощности СВЧ-сигнала., стремящейся к нулю, находилась в пределах заданной погрешности измерений. Известным методом, например методом замещения, определяют полное затухание рк, напряженности электрического поля на длинеисследуемой ускоряющей, структуры, По величине максимального отношения д % / ГР и соответствующим ей значениям Р н и О снн, а также величине полного затухания определяют характеристики ускоряющей структуры по вышеуказаннымвыражениям, При величине полного затухания М ( 0,02 величина Е -Р может быть определена по упрощенному выражению 50,Е 1 дИрм Грсинкр макс р причем вносимая погрешность не .превышает 1 , 55Рассмотрим взаимодействие электронного пучка сускоряющей гармони,кой электрического поля структуры. 78 4При энергии инжектируемого пучка, соответствующей замедлению ускорякнцей гармоники электрического поля на/данной частоте, для начальной по траектории движения пучка ячейки структуры выполняется условие синхронизма влета электронов в пространство взаимодействия. При определенном уровне мощностир СВЧ-сигнала, подаваемого.в етруктуру, выполняется условие синхронизма возрастающей в процессе взаимодействия с ускоряющей гармоникой скорости электронов, находящихся в окрестности синхронной фазы волны, с фазовой скоростью гармоники структуры переменного шага. При синхронной фазе, равной нулю, в косинусной системе отсчета отношение действующего. электрического поля ускоряющей гармоники к корню квадратному из мощности СВЧ-сигнала будет максимальным и равным измеряемой характеристике Е /4 РТаким образом, максимальное отношение дЩЯ и соответствующее ему ,Е /4 р достигаются при напряжении инжекции Осин и мощности СВЧ-сигнала РсиДля получения высокой точности измерения разности потенциалов между катодом электронно-оптической системы и приемником необходимо достичь выполнения условия мдО1 )" синхр - ток синхронных электРоновпучка.Данный способ некритичен к величине и стабильности тока пучка. Например, при ЬО =100 В, В =10 Ом величина тока синхронных электронов должна удовлетворять условию р синхрр .,ф 10 А. Величина тока пучка ограничивается сверху условием 3 п/дО, соответствующим малости величины мощности, передаваемой пучку в процессе взаимодействия, по сравнению с мощностью СВЧ-сигнала.Например, при=10 Вт и дО 100 В величина тока пучка.3 н 1 О А.Выражение (1.) можно использовать, если изменение. величины Е /1 р вдаль длины исследуемого участка ускоряющей структуры не превышает требуемой погрешности измерения. Выраженце (2) позволяет определить п, для наОтносительн 0,1 О,2,5 Использо обеспечивае ными прямое ных характе тур с повыш ко раз. Спо измерение ф ание данного с собаизвест т по сравнению с измерение высок ристик ускоряющи ением точности в частот- струк- несколь Составитель Е.Громова ТехредМ.Пароцай едактор С. Ти Корректор Г.Решетни Заказ 10/4ТирВНИИПИ Государпо делам из13035, Москва ж 794 Подписноственного комитета СССР бретений и открытий Ж, Раушская наб., д.4/5 Патент", г,ужгор илиал ул.Проектная,чальной ячейки участка ускоряющейструктуры. Величина йР для конечной ячейки ускоряющей структуры определяется по аналогичной формуле сучетом увеличения начальной энергии. 5электронов Ъ на величину к Ф , соответствующую синхронной мощностиГсин хр Точность измерения разности по тенциалов Е 0 ., соответствующей приращению энергии в ускоряющей структуре, определяется метрологическими характеристикамй используемого вольт метра 9. Например, при относительной 15погрешности измерения величины 0,17 об позволяет проводитьзовои скорости ускоряющей погрешность в определении замедления не превышает 0,1-17. в области замедления 20-2. Основной вклад в погреш- ность определения величины Е (Р вносит погрешность измерения мощности СВЧ-сигнала. Например, при погрешности измерения мощности СВЧ-сигнала 17 погрешность в измерении величины Е/ /Р составляет 0,5-17 даже при значительном полном затухании электромагнитного поля " 0,1, определяемом с погрешностью не хуже 57.Способ экспериментально проверен на ускоряющей структуре переменного шага "штырь-кольцо. Результаты,измерений приведены в таблице. гармоники электрического поля и усредненного по длине структуры отношения амплитуды ускоряющей гармоники электрического поля к корню квадратному из величины мощности СВЧ-сигнала для ускоряющих структур постоянного и переменного шага.