Щука А.А. Электроника (2005) (1152091), страница 17
Текст из файла (страница 17)
'ракая конструкция линзы позволяет фокусировать электронный поток. Это объясняется тем, что в фокусируюшем участке на электрон дольше действует радиьщьная составляющая силы. Одиночная линза имеет важную особенность: после ее прохождения элелтрон не мегиет своей энергии, Сформулируем основные свойства электронных линз.
Ио аназогии со световой оптикой в электронной оптике существует понятие толстых и тоггкнх линз. Как правило, в электронной оптике линзы относятся к типу толстых, схема построения изображения в которых представлена на рис. 3.21. Рис. 3.21. Схема построения изобрахеиия в толстой линзе и ее кардинальные точки Рь Рг, Нг, Нг Введем соотношения: т = — — угловое увеличение; Фг М = — — линейное увеличение; У. У~ У, = 1г; Н, и Уг = г; Н, .— фокусные расстояния. В этом случае выполняются законы: Х У вЂ” ж — "- =1 — формула линзы; Ег лг лг= --1, и, где л, и лг — показатели преломления.
ч т)акуумндл электроника и здектронной оптике роль показателя преломления играет величина Л), где (I — напряэкениь. Как и в оптике, для э тектро нных линз хара л ) ерны сферическая, хромая иче- „ая, геометрическая аберрации, искривления плоскости изображения. г)еречислим основные свойства электронных траекторий. гз для определения траектории электрона достаточно знать распределение потенциала на оси симметрии, гз Траектории электронов и ионов будут совпадатгн если у них одинаковые начальные условия (например, угол наклона).
р Если потенциал всех электродов и всех точек пространства изменить в одинаковое число раз, то траектория электронов не изменится, С) При изменении размеров электродов в п раз размеры траектории изменятся в такое же число раз. Это позволяет осугцествлять масштабирование и моделирование. г2 Траектории обратимы. Если направить заряженную частицу в обратном направлении, сообщив ей соответствующую скорость, то она пойлет по той же траектории, но в обратном направлении. Д Совокупность исхолных точек, лежащих в одной плоскости, можно рассматривать как объект, а совокупность точек, в которых собираются электронные траектории, можно рассматривать как изображение объекта. 0 При использовании параксиальных траекторий можно получить увеличенное или уменьшенное изображение без искажений, 3.$.3. Управление с помощью магнитной оптики В качестве изображающей системы может быль использован длинный соленоид, представляющий собой протяженную катушку, длина которой во много раз превышает ее диаметр и по которой течет ток.
В центршгьной части соленоила образуется практически однородное магнитное поле, направленное по оси соленоида. и таком случае из каждой точки эми ггера будет исходить пучок спиральных линий, обладающих разными радиусами, но одинаковым шагом (рис. 3.22). 6) Рис.
2.22. Траектории электронов э однородном магнитном поле: э — геометрия орбит электроноэ, а) б — траектории эпектронпэ вдоль осн соленоида Часть!. Вакуумная и плазменная электроника Все электроны, вышедшие из точки Оп соберутся в точке Оз. Точка О, является электронно-оптическим изображением точки Оь 2к Величина Е., =)'-,— представляет собой циклотрониую длину волны, где ы= цВ— СЗ циклотронная частота, Короткая миеннтяая линза представляет собой катушку (виток) с током. Все силовые линни такого витка с током замкнуты, а наиболыпее магнитное поле будет в центре катушки.
Короткая магнитная линза дает колоколообразное распределение магнитного поля (рис. 3.23). Условно примем, что магнитное поле сосредоточено в области, ограниченной плоскостями 34 и 3зз. Рис. 3.2З. Магнитное поле катушки с током, образующее короткую магнитную линзу Проведем аназиз траектории движения электрона, вышедшего из точки, расположенной на оси, но вне действующего магнитного поля.
Из этой точки эмитируются электроны, с определенной скоростью и углом наклона вектора скорости (рис. 3,24), г- -1 В точке Л, вблизи магнитной линзы, на элелтрон действует сила Лоренца Е,,„„= -е) )г, В~, " при этом вектор магнитной индукции В направлен по касательной к силовой линии магнитного поля. Согласно правилу левой руки векторное произведение определяет направление силы Лоренца от плоскости вверх. Эта сила г,„г получила название азимутальной силы, которая выводит электрон нз первоначальной плоскости, и вследствие этого траектория электрона получает пространственное искривление.
В точке В, расположенной в центро линзы, на электрон действует сила Лоренца. ОдновРеменно на участке АВ под действиелз азилзутальной силы возникает азимутальная скоРость, направленная под углом 90' к силовым линиям магнитного поля. В точке С взаимное расположение векторов )3 и В меняется, азимутальная компонента меняет свой знак и тормозится угловое движение электрона. На выходном участке линзы Угловая скорость уменьшается и на выходе в точке Оз становится равной нулю. Точка О, является электронно-оптическим изображением точки О, ,Такая линза является фокусирующей. Выпишем без вывода уравнение траектории в меридиоиальпой плоскости в эквипотенпи- альном пространстве: В9 о Вакуумная электроника г е „вЂ” координата в цилиндрической системе координат. а) Рис.
3.24. Траектории движения злектронов в короткой мвтнитнои линзе (а) в меридиональной плоскости и проекция б) траектории в лолеречнои плоскости(о) (З.б2) ~ 6 Управление скоростью электронов З.Е.1 '~ 1. резонаторные методы скоростной модуляции электронов Г)ри, нцнп скоростной модуляции электронов в потоке является краеузольным камнем в тео Рин работы целого класса приборов СВЧ-диапазона — ятистттронов. Это уравнение описывает траекторию электрона, лежащую в меридианальной плоскости, поворачивающейся вокруг оси с угловой скоростью: ЫО т)Вз Й 2 Таким образом, свойства электронных траекторий в магнитном поле: изменение полярности поля не изменяет траекторию в меридиональной плоскости; траектория электрона является пространственной кривой; Решение уравнения содержит отношение заряда к массе для данной частицы, следователыю, в одном и том же магнитном поле траектории электронов и ионов различных веществ сущесз ванно различакися; о Решения уравнений магнитной и электростатической оптики аналогичны.
Поэт этому пРи помощи параксиальных траекторий в аксиально-симметричном магнитном поле . ле моткно получать неискаженное электронно-оптическое изображение. Часть!. Вакуумная и плазменная электроника 90 В пространство в вине узкого зазора между сетками, проницасмымн электронными потоками, лопается высокочастотное электромагнитное поле. Длв определенности будем считать, что перса зазором начальные скорости и плотности электронного потока постоянны, а влияние угла пролета в зазоре пренебрежимо мазо. Все электроны, вошедшие в зазор, имеют олинаковые скорости Рэ =б 10'чЕ, сьт)с, гле ()э — напрвкение на аноде (рис, 3.25, а), После пролета зазора скорости электронов изменяются в зависимости от фазы высокочастотного напряжения на зазоре.
Для электронов первой группы ) поле высокочастотного напря кения направлено против постоянного поля и вычитается из него. В этом случае электроны, находящиеся в фазе 1, тормозятся полем (рис. 3.25, б), Для электронов третьей группы 3 поле высокочастотного напряжения направлено в сторону постоянного поля, и электроны ускоряются им. На электроны второй группы 2 поле высокочастотного напряжения не влияет (рис.
3.25, 6). а) б) Рис. З.яб. Принцип скоростной модуляции электронного потока а — группированне электронов, б — трн типа электронов в потоке Таким образом, электроны. влетевшие в зазор в отрицательный полупериол электрич ского поля, будут нм тормозиться, а влетевшие в положительный полупернол, соответ венно, ускоряться.
Электроны, влетевшие в зазор в момент нулевого поля, булут ланга, ся равномерно. 91 3 Вакуумная электроника Э„ктронный поток, вышелший из зазора, разлеляется на три типа электронов — ускоренн нные (го ч- гу(; замедленные )'о — гз)хи двигающиеся с прежней скоростью Ко. ,ее быстрые электроны булут догонять более мелленные и в результате плотность ,, „тронного потока станет неравномерной. Электроны группируются и образуют сгуок или пакет зарядов. Модуляция электронов по скоростям сводится к модуляции элеконного потока по плотности. Частота сгруппированных электронов будет равна частоте временного напряжения в зазоре. В зависимости от фазы высокочастотного напряжения скорости электронов изменяются „соответственно, изменяется наклон траекюрий движения электронов к оси времени.
З.6.2. Нерезонансные устройства скоростной модуляции для скоростной модуляции в широкой полосе частот используются не резонансные системы с кратковременным взаимодействием, а системы модуляции с длительным взаимодействием электронного пучка с полем бегущей волны. Модулирующим устройством служит замедляющая система, представляющая собой волиоведущее устройство с замедленной волной, вдоль которой пропускается электронный поток. Конструктивно замедляющая система представляет собой спираль, на вход которой полается СВЧ-сигнал (рис.
3.26). а) б) Рис. 3.2В. Спиральная замедляющая система (а) и схема скоростной модуляции в процессе длительного взаимодействия электронного потока с бегущей волной (б) На " другом конце замедляющей системы располагается согласованная нагрузка. При выполне и лнении условия синхронизации, заключающегося в равенстве скоростей электронов К о фазовой скоРосги замедленной волны Уа, элсктРоны ! и 2 типов осгаютсЯ неподвиж- ь'ми (рис. 3 26, 6) Это о обусловлено тем, что высокочастотное поле в этих точках равно нулю, Электроны типа 3 непреРывно УскоРЯютсЯ пРодольным полем волны, и их скоРость пРевышаст Ко, лект а НХ ск ~роны типа 4, находящиеся в тормозящем электрическолз поле, наоборот тормозятся, Свете,„ ~корость становится меньше н.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
