Пред.
След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике ДЛЯ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ ЕСТЬ
ZADANIA.TO
17.6.2. Усилители резонаторного типаРаботу резонаторного мазера можно отчетливо представить, обращаясь к трем нижним уровням диаграммы рис. 17.21, а. Если подать накачку на переход
Рис. 17. 21. Парамагнитные мазеры с тремя уровнями: а — диаграмма энергетических уровней; б - зависимость коэффициента отражения от магнитного поля; в — зависимость коэффициента отражения от частоты. На рис. 17.21, б показан сигнал, отраженный от входа резонатора в зависимости от Н. На осциллограмме (1) мощность накачки мала, и отражение в основном происходит из-за поглощения в кристалле. По мере того, как мощность накачки возрастает, излучение начинает превосходить поглощение до тех пор, пока, наконец, материал перестанет вносить потери; в этом случае согласованная полость дает нулевую отраженную мощность. Дальнейшее увеличение мощности накачки опять приводит к появлению отражения, но мазер в этом случее работает в режиме излучения, как на осциллограмме (11). Наконец, как в случае (111), отраженная мощность начинает превосходить падающую, т. е. имеет место усиление; еще более высокая мощность приводит к возникновению колебаний (генерированию). Помимо этого, отраженный сигнал можно изобразить в зависимости от частоты, как на рис. 17.21, в. На осциллограмме (1) резонансный провал благодаря наличию разонатора накладывается на более широкий резонансный отклик на воздействие эталонного клистронного генератора сигнала. Полоса пропускания материала обычно превосходит полосу пропускания резонатора, поэтому, когда поглощение устранено индуцированным излучением, осциллограмма для согласованного резонатора имеет вид, показанный пунктиром. Дальнейшее увеличение мощности накачки приводит к появлению мощности, отраженной от резонатора, которая на осциллограмме (11) равна падающей мощности; наконец, как показано на осциллограмме (111), имеет место усиление. Были выдвинуты многочисленные соображения [71, 408, 427, 431, 518, 619] относительно выбора параметров резонаторных мазеров, необходимых для получения оптимальных значений коэффициента усиления, полосы пропускания и коэффициента шума. Для одноплечего мазера отражательного типа коэффициент усиления по мощности равен
а полоса пропускания
где Величина
для данной частной системы является постоянной. При разумных практических условиях, когда
Если накачка мазера достаточно эффективна, то
Для Когда материал находится в состоянии излучения, то его полное сопротивление изменяется в двух направлениях: помимо того, что резистивная составляющая становится отрицательной, реактивная составляющая в зависимости от частоты меняет знак.
Рис. 17.22. Рабочие характеристики мазеров с тремя уровнями: а — зависимость полосы пропускания от коэффициента усиления; б - отношение чувствительности усиления к коэффициенту усиления. (См. [127].) Второе обстоятельство может быть использовано для получения таких значений коэффициента усиления и полосы пропускания, которые превосходят ограничения, налагаемые обычной теорией цепей [270]. В работах [454, 534] рассмотрен выбор оптимальной ширины линии в мазерах. Очень важным в усилителях такого рода является чувствительность усиления к небольшим изменениям степени инверсий, измеряемым величиной регулирования температуры и соответствующего насыщения накачки. Характеристики можно улучшить и путем каскадного включения, в результате чего получается многорезонаторный мазер [432]. Для N симметрично настроенных резонаторов произведение коэффициента усиления на полосу пропускания возрастает в
Очевидно, восемь резонаторов довольно близко воспроизводят поведение структуры с бегущей волной Большинство применяемых на практике мазеров являются одноплечими устройствами, поэтому необходимы средства для
Рис. 17. 23. Невзаимные системы для резонаторных мазеров: а — схема с циркулятором; б - влияние нагрузки на стабильность мазера; в — балансная схема усилителя. (См. [15, 26].) Такое разделение просто осуществляется с помощью циркулятора, как показано на рис. 17.23, а. При этом достигается еще и то преимущество, что шумы нагрузки приемника с комнатной температурой не проходят непосредственно в мазер. Помимо собственной шумовой температуры мазера на зажимах антенны с собственной шумовой температурой Та становится равной
Если развязка циркулятора равна 25 дб, а нагрузка и приемник находятся при комнатной температуре, то Одноплечие мазеры будут испытывать изменения коэффициента усиления и могут даже генерировать в зависимости от условий нагрузки вследствие попадания части отраженного усиленного сигнала обратно в мазер. На рис. 17.23, б представлен расчетный график [15] отношения уровня отраженного усиленного сигнала к входному сигналу в зависимости от полного сопротивления нагрузки, точнее от КСВН, причем в качестве параметра взят коэффициент усиления мазера в децибелах. Заштрихованные области относятся к таким соотношениям между КСВН и коэффициентом усиления мазера, при которых мазер генерирует. Допустимые значения КСВН могут быть увеличены, если контролировать фазу коэффициента отражения. Можно учесть отражения от всех узлов, включая антенну и приемник, изолированные с помощью циркулятора. Пользуясь балансной схемой [26] мазера, представленной на рис. 17.23, в, можно избежать применения циркуляторов, которые, как правило, громоздки и на сверхвысоких частотах имеют большие вносимые потери. Мощность сигнала, входящая в плечо 1 двойного волноводного тройника, делится поровну между плечами 2 и 3, а затем усиливается мазерами и отражается. Если подобрать параметры мазеров и длины соединительных плеч таким образом, чтобы в месте сочленения отраженные волны находились бы в противофазе, то они будут комбинироваться и через плечо 4 попадут на приемник. Шум от приемника также делится пополам между плечами 2 и 3 и затем после, усиления излучается антенной. В идеальном случае коэффициент усиления, уровень шума и полоса пропускания остаются такими же, как и у одиночного мазера с идеальным циркулятором. Успешная работа мазера на твердом теле впервые получена [389, 390, 391] при использовании 0,5% магнитное поле в В резонаторном мазере с рубином был успешно использован [296] режим работы с двойной симметричной накачкой
Рис. 17. 24. Резонаторные мазеры на твердом теле: а — волноводный для 9,5 Ггц; б - коаксиальный для Другой конец резонатора замыкался подвижным плунжером, обеспечивающим возможность перестройки; сигнал и накачка подводились через щели. Произведение полосы пропускания на коэффициент усиления составляло Типичный волноводный резонатор для усилительного мазера [160, 294] диапазона работает [17] при низком магнитном поле; в другом при работе на гармониках частота накачки ниже частоты сигнала. [18, 565]. В мазерах для частот Для резонатора [90, 91], показанного на рис. 17.24, б, частоты сигнала и накачки были соответственно 3 и В мазере с тремя уровнями [25] для Изучена также работа мазеров в диапазоне 1,42 Ггц [55]. Для рубина с ориентацией поля под 90° к оси соответственно 1,5 и 4,2% К. Частота накачки составляла Были разработаны мазеры для ультравысоких частот; один из образцов [488] перестраивался в диапазоне Для работы мазера в нулевом поле был применен [244] корунд, легированный железом. Расщепление уровней, соответствующее частоте
|
1 |
Оглавление
|