naf-st.ru naf-st.ru naf-st.ru naf-st.ru
 
Поиск по сайту
 

Квантовые и парамагнитные СВЧ-усилители


Мазеры К содержанию
Page copy protected against web site content infringement by Copyscape

Эти усилители применяются для усиления электромагнитных колебаний в диапазоне миллиметровых, сантиметровых и дециметровых волн. Принцип работы состоит в том, что возбужденные ионы активной среды при переходе электронов с более высоких энергетических уровней на более низкие отдают энергию электромагнитной волне и тем самым усиливают ее. В качестве активной среды используются парамагнитные вещества. Обычно это диамагнитные кристаллы с примесью парамагнитных ионов, например рубин с примесью ионов хрома. Напомним, что парамагнитными называют вещества, у которых атомы обладают магнитными свойствами.

Парамагнитные ионы имеют ту особенность, что положение энергетических уровней в них зависит от воздействия внешнего магнитного поля. Чем сильнее это поле, тем выше разность энергий между уровнями, так как уровни "расходятся". Тогда при переходе электрона с верхнего уровня на нижний излучается квант с большей энергией, что соответствует более высокой частоте.

Квантовые парамагнитные усилители могут быть различных Типов. В так называемых резонаторных усилителях парамагнитный кристалл помещается внутри объемного резонатора, имеющего две резонансные частоты. От источника накачки, которым, например, может быть клистронный генератор, колебания поступают в резонатор и возбуждают парамагнитные ионы активной среды. Частота генератора накачки равна одной из резонансных частот объемного резонатора и бывает значительно выше частоты усиливаемых колебаний. В объемный резонатор поступает также усиливаемый сигнал, частота которого равна второй, менее высокой резонансной частоте. Волна этого сигнала многократно отражается от стенок резонатора и многократно проходит через активную среду, за счет чего усиливается. Объемный резонатор с активной средой должен сильно охлаждаться (обычно с помощью жидкого гелия, дающего охлаждение до температуры, близкой к абсолютному нулю). Вся эта система расположена между полюсами сильного магнита или электромагнита. Усиленная волна выходит из резонатора через то же отверстие, через которое в резонатор поступает усиливаемый сигнал.

Основной недостаток однорезонаторного квантового усилителя - сравнительно узкая полоса частот, в пределах которой возможно усиление. Более широкую полосу и большее усиление дают усилители с несколькими резонаторами, но они сложны в настройке.

Значительно лучше квантовый парамагнитный усилитель бегущей волны. В нем отсутствует резонатор, который придавал резонаторному усилителю узкополосные свойства. В усилителе бегущей волны вместо объемного резонатора имеется волновод, вдоль которого размещена активная среда. В волноводе распространяется волна усиливаемого сигнала и волна колебаний накачки. Усиление от активной среды тем больше, чем дольше взаимодействует с ней усиливаемая волна. Для более длительного взаимодействия применена замедляющая система, например в виде ряда штырей ("гребенка"), которая уменьшает скорость волны в десятки раз. Соответственно увеличивается время прохождения волны через активную среду и возрастает усиление. Если бы не было замедляющей системы, то пришлось бы сделать усилитель очень большой длины. В современных квантовых усилителях бегущей волны достигается коэффициент усиления мощности, равный сотням и даже тысячам.

Подобный усилитель, как и резонаторный, помещается в сильное магнитное поле и сильно охлаждается. Этот усилитель широкополосный. Полоса пропускаемых частот составляет десятки мегагерц, и можно перестраивать усилитель на разные частоты, изменяя напряженность внешнего магнитного поля и частоту накачки. Перестройка возможна в пределах сотен и даже тысяч мегагерц.

Исключительно важное достоинство квантовых усилителей - малые собственные шумы, что, в частности, объясняется низкой температурой, при которой работают эти усилители. Поэтому они пригодны для приема очень слабых сигналов. Приемные устройства высокой чувствительности для радиолокации космических объектов и радиосвязи с ними, а также для радиоастрономии обычно имеют в качестве входного каскада квантовый усилитель. Его собственный шум может быть в десятки и сотни раз меньше, чем у других типов усилителей. Квантовые усилители маломощны, но это их свойство не имеет значения, так как они применяются для усиления очень слабых сигналов.

Page copy protected against web site content infringement by Copyscape
Мазеры К содержанию
Новости:




 

copyright © 2003-2017 naf-st.ru, info@naf-st.ru
При полном, либо частичном цитировании материалов сайта naf-st.ru ссылка (для интернет изданий гиперссылка) обязательна!!! Будьте взаимовежливы!

Хостинг «Джино»
Карта сайта
Поиск по сайту
Помощь
Новости
Обратная связь
Карта сайта
Поиск по сайту
Помощь
Новости
Обратная связь