Петрухін Г Д Московський авіаційний інститут (Технічний університет) Волоколамское ш4, м Москва, Росія тел (495) 158-47-28, e-mail: petrukhini82@mtu-netru

Анотація – Обгрунтована динамічна модель катодного камери фотоелектронні помножувача і пояснено поведінку її вихідного струму для випадку, коли в прикатодной області приладу створено електромагнітне поле (Поле гетеродина), частота якого лежить в СВЧ діапазоні, а на фотокатод падає світловий потік, модульований за інтенсивністю, з частотою близькою до частоти гетеродина

I                                        Введення

У лазерних далекомірах, що реалізують фазовий спосіб вимірювання відстані, лазерних вимірювачів швидкості та деяких інших контрольно-вимірювальних приладах фотоприймальний пристрій іноді будується на базі фотоелектронні помножувача (ФЕУ) Якщо на вхід ФЕУ надходить сигнал, модульований за інтенсивністю гармонійної функцією, частота якої вище верхньої частоти смуги пропускання ФЕУ, то ФЕУ використовують в параметричному режимі У цьому режимі ФЕУ, крім перетворення потоку фотонів в електричний струм і його посилення, виконує роль електронного змішувача Гетеродинних напруга зазвичай тим чи іншим способом формується поблизу фотокатода Якщо частота гетеродинного напруги перевищує 300 – 400 мегагерц, то гетеродинних поле в прикатодной області створюється шляхом приміщення катодного камери ФЕУ в ємнісний зазор обємного резонатора (як правило, тороїдального)

Якщо частоту модуляції світлового потоку позначити fc, а частоту гетеродинного коливання fr, то за умови, що fc> fr, в спектрі вихідного струму катодного камери серед інших комбінаційних складових зявиться складова з частотою (fc-fr), яка при відповідному виборі fr, виявиться в смузі пропускання ФЕУ

II                                Основна частина

Вихідний струм катодного камери (/) повязаний з струмом фотокатода очевидним співвідношенням I = k {lj, + Ij), Де / (-коефіцієнт збору електронів в отвір діафрагми, 1 ^ і-фототок і темпової струм відповідно Реально коефіцієнт збору для темнових і фотоелектронів дещо відрізняються через відмінності енергій виходу, але це відміну невелике і їм можна знехтувати Коефіцієнт збору в реальних приладах завжди менше 1 і залежить від конструкції і величини постійної різниці потенціалів між фотокатодом і діафрагмою (Ur д) при появі поблизу фотокатода змінного електричного поля, обумовленого джерелом гетеродинного напруги, значення до стає залежним і від напруги гетеродина {ύ ^),

тобтоМеханізм впливу на / < і в

Загалом на вихідний струм ФЕУ при відносно низьких частотах гетеродинного напруги детально розглянуті в [1] Однак з підвищенням fr період гетеродинного коливання стає порівнянним з часом прольоту електронів в проміжку фоток-тод-діафрагма В результаті, аналіз поведінки вихідного струму катодного камери істотно ускладнюється У ряді робіт [2-6] досліджувалася залежність амплітуди струму проміжної частоти (fc-fr) на виході катодного камери від рівня гетеродинного сигналу Однак отримані результати носять приватний характер Для отримання більш загальних результатів було знайдено розподіл електричного потенціалу в катодного камері у відсутності гетеродинного поля і при його наявності

Для осесиметричної катодного камери тріодний-го типу розподіл електричного потенціалу, нехтуючи просторовим зарядом електронів, можна знайти вирішуючи рівняння Лапласа, яке в циліндричних координатах запишеться у вигляді:

де Ф-потенціал, г-відстань від центру фотокатода (0

Рішення цього рівняння отримано в такій формі:

де і / j-функції Бесселя нульового та першого порядків відповідно,-т-ний корінь рівняння

/ О (х) = 0

Значення змінної складової електричного поля знайдено у вигляді:

де v (r)-розподіл потенціалу вздовж радіуса катода, при розрахунках прийняте постійним Очевидно, що сумарне поле одно Кількісні розрахунки дозволили встановити характер поведінки функції Φς (ζ, г) при різних [У ^ При Г9 ^ 0 розподіл потенціалу відрізняється від показаного на Рис тільки кількісно Отримані результати показують, що змінює розподіл потенціалу в катодного камері у відносно невеликий прикатодной області, якщо амплітуда гетеродинного коливання багато менше напруги Ur д, що на практиці завжди виконується

Якщо енергія вильоту електронів (і термо, і фото) з фотокатода близька до нуля, то при Ф ^ <0 вони гальмуються і не залишають прікатодних область, а при Φς> 0 потік в тій чи іншій мірі расфокусируется Конкретизуємо поняття прикатодной області Прикатодной будемо називати область, де Ф ^ <0. З Рис. 1 випливає, що її ширина в напрямку осі Ζ (Zo) залежить ВІД величини гетеродинного напруги.

Залежність »Ф = f (z)

Fig 1

Fig 2

На Рис2 [7], показаний характер руху електронів в проміжку катод-анод вакуумного діода плоскої конструкції при наявності на аноді або катоді змінної напруги в разі зміни кута прольоту Анодним вважається вихідний струм катодного камери (/), катодним-фототек (/ ^), а відстань

між горизонтальними осями-Zo З Рис2 слід, ЩО при деяких частотах вихідний струм катодного камери повинен бути рівний О, т е ФЕУ не можна використовувати як змішувача при цих частотах гетеродина Проте експериментально це не підтверджується Обумовлено це наступними причинами: а) віртуальний анод змінює своє просторове положення (Zo) при варіаціях Щ б) великим розкидом енергій і кутів вильоту фотоелектронів В результаті імпульси струму на виході прикатодной області розмиваються в практично безперервний потік Проходження цього потоку в області дрейфу істотно не впливає на його тимчасові параметри Строгий теоретичний розрахунок спектрального складу вихідного струму катодного камери виявляється виключно складним

III                                  Висновок

Показано, що якісно, ​​процес взаємодії струму фотокатода з полем гетеродина, частота коливань якого лежить в СВЧ діапазоні, може бути змодельований процесами у вакуумному плоскому діоді, просторове положення якого залежить ВІД рівня гетеродинного напруги

IV                           Список літератури

[1] Петрухін Г Д Фотоелектронні помножувачі в режимі радіогетеродінірованія – М: Радіо і звязок, 1983

[2] Шилов А Ф, Манак І С, Кобак І А Про роботу ФЕУ з модуляцією фотострумів в прикатодной області – ЖПС, 1969, т І, № 2, с 337

[3] Морозенскій А П, Бочкарьова Н І Застосування ФЕУ як перетворення частоти для детектування оптичних сигналів з СВЧ модуляцією – Електронна техніка, серія 4: Електронно-променеві і фотоелектричні прилади, 1969, № 2

[4] Залеський І Є, Потапов А М, Рутковський І 3, Шуш-кевич С С Про дослідження світлових потоків, модульованих в діапазоні гігагерц, за допомогою звичайних ФЕУ – ПТЕ, 1967, № 2, с 164

[5] Діанова В А, Мустель Е Р, Вереш, Агін Т Н Експериментальне вивчення приймача оптичного випромінювання, модульованого на частоті 10 ГГц, на основі перетворення частоти в ФЕУ – Радіотехніка та електроніка, 1984, № 4, с 770

[6] Діанова В А, Мустель Е Р, Паригін В Н, Безруча-ко В І Перетворення частоти в ФЕУ при взаємодії фотоелектронів з полем гетеродина – Радіотехніка та електроніка, 1983, т XXVIII, № 10, с 2047

[7] Коваленко В Ф Введення в електроніку надвисоких частот – М: Сов Радіо, 1955

OUTPUT CURRENT AND DYNAMIC MODEL OF PHOTOMULTIPLIER CATHODE CAMERA IN THE ELECTRONIC MICROWAVE MIXER REGIME

Petrukhin G D

Moscow Aviation Institute Volokolamskoe highway 4, Moskow, 125871, Russia Ph: (495) 158-47-28, e-mail: petrukhin182@mtu-netru

Abstract – Dynamic model of photomultiplier cathode camera is theoretically proved for the case when microwave electromagnetic field (LO field) is produced in the close vicinity of cathode area

I                                        Introduction

In laser rangefinders with phase methods of measurements, laser Doppler velocimeters, etc a photoreceiver is sometimes built with photomultiplier tube When input light is intensity modulated with microwave frequency fc which exceeds frequency bandwidth of photomultiplier the latter is used as an electron mixer with LO electric field with frequency fc in the close vicinity to photo cathode area

II                                       Main Part

An output current of cathode camera depends on both the voltage between cathode and diaphragm and heterodyne voltage An electric field in the cathode camera can be presented as a sum of constant and variable components which could be calculated using Laplace equation Calculations demonstrated that heterodyne voltage becomes more effective in the close vicinity to cathode area Due to this voltage the electrons either don’t leave area near the cathode or their trajectories are distorted and thus they miss the diaphragm hole When the magnitude of the transit angle in the cathode camera appears comparable to the heterodyne voltage period the cathode camera could be divided into two parts: close to cathode and drift area The former could be regarded as flat construction vacuum diode with virtual anode, with location depending on the heterodyne voltage magnitude

Such model of the cathode camera explains practically complete cathode camera output current independence of microwave frequency which could be experimentally observed

III                                     Conclusion

It has been proved that the interaction of photocathode current with microwave heterodyne field can be modeled by the process in vacuum diode, in which the distance between the electrodes depends on the heterodyne voltage magnitude

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2006р