Способ определения шумовых параметров электронного потока

ОП ИСАЙКЕ ИЗОБРЕТЕН ИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(4 б) Дата опубликования описания 11.05.77 Государстоенный комитет Сооото Министров СССР оо делам изобретений и открытий3) УДК 621,385.63. ,023 (088.8) 2) Авторы изобретения А, И. Штыров и А, В, Роза 1) ЗаивитЕль Научно-исследовательский институт механики и физики при Саратовском ордена Трудового Красного Знамени государственном университете им, Н,Г, Чернышевского(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ШУМОВЫХ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОННОГОПОТОКА 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 "О" (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 (8 - полную спектральную плотность интенсивности шумовых флуктуаций и П - вещественную компоненту взаимной спектральной плотности интенсивности флуктуаций тока и кинетического потенциала) 111.Наиболее близким техническим решением является способ определения шумовых параметров электронного потока, основанный на измерении коэффициента щума СВЧ-усилителей типа О" 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 пушкибез применения сложных и дорогостоящих экспериб ментальных макетов и использовании специальногоизмерительного оборудования. Для нахождения па.раметров 8 и П необходимо определить четырезначения коэффициента шума исследуемой ЛБВ,соответствующие четырем распределениям уско 10 ряющего потенциала на односкоростном участкеэлектронной пушки, которые создаются путемизменения потенциала одного из электродов пушки, а также произвести измерения холодного затухания активной части спирали и зависимости коэф 15 фициента усиления от тока пучка для расчета безразмерных характеристических параметров ЛБВ:С - параметра усиления Пирса;о = и с/ и С - параметра пространственного заряда;д = 1.Чо/ ы С - параметра распределенныхпотерь;Ь = (Чо. Чф) /ЧфС - параметра рассинхронизма;б; = х; + 1 у - корней характеристического (дисперсионного) урав.25 пения ЛБВ, 551722где з - рабочая частота, 1/с;ы - редуцированная плазменная частота.1/с;1. - холодное затухание активной части замедляюшей системы, дб; 5Чр - средняя скорость элсктронов, м/с;Чф - фазовая скорость волны в системе, м/с;х;= Ве б;, у; 1 п о- действи=ельная и мнимая частисоответствующего корня, = 1,2,3, входящих в формулу для 10Я и П.Шумовье параметры Я и П определяются в процессе решения сложной системы уравнений, включающих как расчет односкоростного преобразователя волн пространственного заряда в элект ронной пушке, так и характеристических параметров пространства взаимодействия прибора 21.Однако известный способ допускает определение только величин шумовых параметров Я, П и коэффициента шума исследуемого устройства, 20 Практика показывает, что знания шумовнх параметров Я и П и коэффициента шума недостаточно для определения потенциальных (с точки зрения минимума шумов) возможностей прибора. Необходимо также определить оптимальные условия 25 согласования пространства взаимодействия с электронно- оптической системой, т.е. условия реализации минимального коэффициента шума, что требует измерения величин шумовых параметров ф, чи Л на входе в пространство взаимодействия, 30 где Ф - спектральная плотность интенсивностифлуктуаций эквивалентного кинетического потенциала, В /Гц;Ф - спектральная плотность интенсивностифлуктуаций конвекционного тока, Аг/Гц;Л - мнимая компонента взаимной спектральной плотности интенсивности флуктуацийтока и кинетического потенциала, Вт/Гц.Кроме того, недостатками способа являются малая оперативность измерений, обусловливаемая 40 чрезвычайно 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 45 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 50 определение полной системь: шумовых параметров электронного потока, а также ускорить и упростить процесс измерений.Поставленая цель достигается тем что для определения шумовых параметров электронного 55 потока измеряют коэффициент шума и определяют характеристические параметры при постоянстве электрических и геометрических параметров электронно-оптической системы для нескольких выбранных значений параметра рассинхронизма, 60причем количество измерений соответствует числу искомых шумовых параметров и оПределяют последние решением системы уравйений 2 1 о/ з 4 а С К 1 о го о где=5 - номер измерения;- ток пучка;К - постоянная Больцмана ( К = 138 х10-гзД ,РК).То - температура входного устройства(то = 29 ОК);Ч . - потенциал спирали;о.Е; - коэффициент шума, измеренныйдитя выбранных значений параметра рассинхронизма;вые параметры электронного потока: Я - полная спектральная плотность интенсивности шумовых флуктуаций; П - вещественная компонента взаимной спектральной плотности интенсивности флуктуаций тока и кинетического потенциала; Ф - спектральная плотность интенсивности флуктуаций кинетическогопотенциала;Ф - спектральная плотность интенсивности флуктуаций конвекционного тока; заимнои спек- мнимая компонент, тральной плотности флуктуаций тока итенсив ностиинетиче ского потенциала;теристические параметры: параметр усиления;корни характеристического (дисперсионного) уравнения ЛБВ, определенные для тех же величин параметра рассинхронизма, что и коэффициент шума Е о,- вещественная и мнимая частисоответствующего корня дисперсионного уравнения.иант ос ествления способа за. харак С, -1 8 г 3=Ве1 Конкретный вар ущключается в следующем.С помощью стандартного измерителя коэффициента шума измеряется величина коэффициента шума СВЧ-усилителя типа "Оф для нескольких выбраных значений параметра рассиихронизма за. медляющей 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+1 О 1О 25 о о Зо где= 1,251 о К 35 То 40 45 50 55 60 путем измецения потею 1 иала 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 хо. лодное затухание замедляющей системы и зависи. мость 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 3, П, ф, Ф 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 ы= 3,810 (1/сек) при токе пучка 7 = 7 мА и с характеристическими парамет. рами С = 0,06; д = 0,10; Я, = С,6. Измерение коэффициента шума и определение величин (Ь) проводилось для каждого из пяти значений параметра рассинхронизма Ь = 0,0; 0,4; 0,8; 1,2; 1,6, которым соответствовали величины потенциала спирали Чо = 1165 В; 1221 В; 1279 В; 1338 В;1400 В. Полученные значения шумовых параметров свидетельствуют о возможности улучшения шумовых свойств исследуемого прибора, так как изме. рение величины параметров Ф и Л для обычных режимов работы лампы отличаются от оптимальных величин Фонт и Лопт соответственно на 3 % и 120%, Полное согласование по этим параметрам позволяет снизить минимальный коэффициент шума приборас 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 стандарт. ного измерительного оборудования позволяют использовать предлагаемый способ в автоматизированых системах измерения и контроля шумовых параметров элвктронных потоков. Формула изобретения Способ определения шумовых параметров электронного потока СВЧ-усилителей типа "О", основанный на измерении коэффициента шума путем рассогласования электронно-оптической систе. мы 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 про. изводят при постоянстве электрических и геометри. ческих параметров электронно-оптической системы для нескольких выбранных значений параметра рассинхронизма, причем количество измерений соответствует числу искомых шумовых параметров, и определяют последние решением системы уравнений:- номер измерения;- ток пучка;- постоянная Больцмана (К = 1,38 х10-аз УоК),- температура входного устройства(То = 290 К);- потенциал спирали;- коэффициент шума, измеренныйдля выбранных значений параметра рассинхронизма; шумовые параметры электронного потока:8 - полная спектральная плотность интенсивности шумовых флуктуаций;П - вещественная компонента взаим.ной спектральной плотности интен.сивности флуктуаций тока и кинетического потенциала;Ф - спектральная плотность интенсивности флуктуаций кинетическогопотенциала;- спектральная плотность интенсивности флуктуаций конвекционного тока;Л - мнимая компонента взаимной спектральной плотности интенсивностифлуктуаций тока и кинетическогопотешала;характеристические параметры:Составитель Л, Фролова Техред М,Ликович Редактор О. Степина корректор А. Алатырев Тираж 1002 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Мющстров СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5Заказ 131/29 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4- параметр усиления;- корни характеристического (днс.персионного)уравнения ЛБВ, опре.деленные для тех же величин параметра рассинхронизма, что и коэффициент шума Р,;.е е= щб - вещественная и мнимая части соответствующего корня характеристическогоуравнения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе;1, Напнпег , М. "Роччег-Зрестга веевцгевептвоп Отга - очч пове Ьеамв "тоцгпа Арр РЬув.ч. Зб, 1964, йф 4, р.р. 1147 - 1163.2. Голубенцев А. ф Тержов И. И, Метод измерения и расчета шумовых параметров 8 и П электронного потока. "Электронная техника"серия 1