Рис. 6.38. Схема фотоэлемента с широкополосным волноводом: / - фотокатод: 2 - подвижный поршень; 3 - слюдяное окно; 4 - ЛЕВ; 5 - полупроводниковый детектор.

0-PI И азмерателю.

тот катода

И осциллографу

Затем колебания усиливаются и подаются на полупроводниковый детектор 5 и индикатор. В качестве усилителя СВЧ использована лампа бегущей волны с усилением 30 дБ.

Фотоэлемент соединен с волноводом фланцем. Диаметр пятна излучения на фотокатоде может достигать 15 мм, что позволяет регистрировать непрерывное излучение при малой плотности тока фоточувствительного слоя катода. Мощность в диапазоне СВЧ колебаний, отводимая в волновод, Р = Мв / в'/й, где Мв - коэффициент взаимодействия потока (при напряжении на фотокатоде 2 кВ) Мв > 0,5; Гв - полное сопротивление взаимодействия вол-новодной структуры (Ге ~ 300 Ом); i - переменная компонента фототока. При отношении сигнал/шум, равном 10. и входном потоке 50 мкВт (для ам-плнтудно-модулированных колебаний) и 10 мкВт (для частотно-модулирован ных колебаний) на выходе прибора регистрируются колебания СВЧ диапазона с уровнем мощности Ю Вт. Прибор предназначен для работы в диапазоне 0,3...1,2 мкм на частотах модуляции излучения 8...1,2 ГГц.

Фотоэлементы и фотоумножители бегущей волны, называемые также лампами бегущей волны с фотокатодом (ЛБВФ), представляют собой комбинацию фотоэлемента или фотоумножите-теля и лампы бегущей волны спирального типа. Эти приборы являются наилучшими широкополосными приемниками оптических модулированных сигналов. Вследствие нелинейной характеристики фотокатода их можно применять так же, как смесители двух оптических сигналов: принимаемого и создаваемого местным гетеродином.

Рассмотрим кратко устройство и принцип действия лампы бегущей волны (ЛБВ), изображенной на рис. 6.39. Катод / подогревается нитью накала, подключенной к источнику t/н- Эмиттируемые катодом электроны попадают в электрическое поле анода 2 и фокусируются продольным магнитным полем, которое создается катушкой, охватывающей баллон лампы (на рисунке не показана). Электронный пучок проходит внутри металлической спирали 5 к коллектору 8, соединенному с анодом. Одновременно протекает другой процесс. Электромагнитные колебания, подводимые к волноводу 3, индуктируют .Э. д. с. в вибраторе 4, сочлененном с началом спирали. Электромагнитные вол-

Ркс. 6.39. Схема лампы бегущей волны.

.ны распространяются вдоль спирали, нследстние чего продольная скорость распространения этих волн вдоль оси лампы но столько раз меньше скорости света, во сколько раз длина спирали больше ее шага.

По мере движения волны амплитуда ее колебаний значительно возрастает за счет кинетической энергии элактронов, так как колебания электронов и бегущей волны происходят в фазе на протяжении всей спирали. Усиленные-колебания, достигнув конца спирали, возбуждают с помощью вибратора 7 выходной волновод 6.

Фотоэлемент бегущей волны изображен на рис. 6.40. Под действием ам-плитудно-модулированного светового пучка, сфокусированного оптической си-темой на фотокатод, возникает амплитудно-модулированный электронный поток. Постоянными магнитами он фокусируется и, пролетая пространство-взаимодействия с СВЧ элементами лампы, усиливается. Энергия потока электронов отбирается выходными элементами лампы (витком связи и 50-ом-ной линией или волноводом). Выходной сигнал представляет собой проде-тектированные колебания на частотах модуляции принимаемого светового пучка.

Выходная мощность определяется выражением Р~ 1,6 10 lof г/о, где о - амплитуда переменной составляющей фототока, мкА; j5 - частота модуляции, ГГц; L - длина спирали, см; г - импеданс взаимодействия. Ом; l/fl - напряжение постоянного тока (ускоряющее напряжение), В. Во многих случаях отношение входной мощности к выходной меньше единицы.

К источникам шумов на выходе ЛБВФ относятся тепловой, дробовой и шум, обусловленный разбросом скоростей электронов. Отношение сигнал/ шум

1 il /?8КВ

2 кТВ+2е1отш^ где Т - абсолютная температура входа спирали; k - постоянная Больцмана; е - заряд электрона; Д/ - полоса пропускания.

Эквивалентное сопротивление

7 ЛБВФ колеблется в пределах 10*...

( J 10 Ом. Конструкция прибора показана

на рис. 6.41. Он имеет следующие ре-

жимы работы и параметры: напряжение-на спирали 410 В; напряжение на первой сетке нуль; напряжение на второй сетке 350 В; напряжение накала 3 В. (постоянный ток); ток катода при отсутствии оптического сигнала 250 мкА; Рнс. 6.40. Принципиальная электриче- ок спирали 40 мкА; ТОК первой сетки

екая схема фотоэлемента бегущей вол- нуль; Второи 10 МкА; МОЩНОСТЬ ВЫХОД-ны: / -падающее излучение; 2 - пучок ного Сигнала 50... 100 мВт; допустимая

лектор; - с™р?льиый °к'онт>тГ 0 МОДУЛЯЦИИ принимаемого опти-

электронная пушка. ческого излучения 1,5... 4,5 ГГц.

Рис. 6.41. Конструкция фотоэлемента бегущей полны: / - штеккер для присоединения источника питания; 2 - магнитный экран; 3 - катод; 4 - выходной виток связи; 5 - постоянные магниты; 6 - спираль; 7, 9 - сетки; 8 - выходной штеккер.

Поскольку ДЛЯ нормальной работы фотоэлемента бегущей волны требуется определенный фототок, сформированный в электронный пучок, этот приемник не может обеспечить такое же большое усиление при малых токах, как ФЭУ. Улучшенным вариантом прибора является ФЭУ бегущей волны, в котором элементы умножителя тока представляют собой пленки, работающие на гфострел , или отражательные диноды специальной формы.

При бомбардировке тонких пленок (толщиной примерно 50 нм) первичными электронами большой энергии с противоположной стороны пленок обнаруживаются вторичные электроны. Такие пленки образуют особый класс эмиттеров, работающих на прострел ; их изготовляют из окиси магния, хлористого калия, фтористого бария или фтористого магния. Пленки наносят на опорную подложку, выполненную в виде мелкоструктурной металлической сетки или пленки окиси алюминия, натянутой на кольцо. Между эмиттером и подложкой наносят тонкий проводящий слой из алюминия или золота. Недостатками простреливаемых эмиттеров являются малая величина допустимых плотностей тока (1 мкА/см), трудности изготовления и малая механическая прочность.

Схема ФЭУ с пленочным вторично-электронным умножителем приведена на рис. 6.42, а. В нем использованы диноды в виде тонких пленок из AljO., (fO нм), Al (15 нм) и КС1 (50 нм), обеспечивающие умножение фотоэлектронов перед попаданием пучка в спираль. Излучение, падающее на полупрозрачный фотокатод, выбивает электроны, которые размножаются пленочными динодами и формируются продольным магнитным полем в пучок. Модулированный по плотности пучок, возбуждает в спирали волну, соответствующую частоте модуляции падающего излучения.

Приемник можно использовать только при малой мощности входных сигналов (0,5 мкВт и меньше), так как вторично-электронные пленки, работающие на прострел, допускают плотности тока не более 1 мкА/см2. На рис. 6.42, б показана схема ФЭУ бегущей волны, в которой этот недостаток устранен применением отражательных динодов специальной формы. В этой схеме магнитное поле направлено слева направо. Лучистый поток фокусируется в точку на катоде или распределяется по его поверхности. Эмиттируемые влектроны перемещаются по спиральной траектории вследствие совместного