ОХОЛОДЖЕННЯ МАЗЕРІВ І ЇХ ПАРАМЕТРИ

Посилення в твердотільних Мазер можна отримати при глибокому охолодженні кристала до температури рідкого гелію (1,2 ... 4 К). Причини, за якими доводиться це робити, пов'язані зі специфікою больцманівського розподілу стосовно СВЧ-діапазону частот, коли енергія кванта електромагнітної хвилі на частоті сигналу і накачування багато менше теплової енергії коливань атомів і іонів аж до кріогенних температур, т. Е. Л / свч

При больцманівського розподілі ставлення заселеність нижнього і верхнього рівнів дорівнює

При Л / <ЗС кТ різниця населеностей вкрай мала; так, при Т ~ 300 К (п 1 - п ^ / п { становить всього лише 10 -4, Тому для отримання помітною різниці заселеність необхідно охолодити спінову систему (парамагнітний збуджений кристал) до гелієвих температур, хоча можливість посилення існує і при температурі рідкого азоту (77 К) і навіть сухого льоду (195 К). На практиці весь резонатор або всю хвилевідну систему занурюють в рідкий холодоагент, що міститься зазвичай в добре ізольованих судинах Дьюара з подвійними стінками. Для рідкого гелію застосовуються подвійні судини, в яких внутрішній посудину з гелієм поміщають у зовнішній з азотом. Необхідність охолодження мазерів є їх істотним недоліком.

Однак наявність низької температури має і позитивну сторону, пов'язану з вкрай низьким рівнем шумів, який для мазерів зазвичай оцінюють не коефіцієнтом шумів, а еквівалентної надлишкової вхідний шумовий температурою підсилювача Т екв (див. П. 22.3). Як показують розрахунки, шумова температура пов'язана з коефіцієнтом шуму ^ співвідношенням, що випливають з формули (22.8):

де Т 0 - шумова температура генератора (джерела сигналу).

Зазвичай Т 0 приймається рівною температурі навколишнього середовища при нормальних умовах, т. Е. Т {) ~ 290 К.

Еквівалентна шумова температура підсилювача Т ЛКВ має той же порядок величини, що і його робоча температура, т. Е. Складає близько 4 К, тоді коефіцієнт шуму становить ^ ~ 1,01, т. Е. Шум-фактор дорівнює кількох сотих дБ. У реальних системах повні шумові характеристики підсилювача завжди визначаються не шумами підсилювача, а омічними втратами і шумами у вхідних лініях, втратами в антені і т. Д.

У всіх реальних випадках шуми самого підсилювача виявляються пренебрежимо малими. Слід зазначити, що теплові шуми квантової системи тісно пов'язані зі спонтанним випромінюванням, яке для спінових систем в СВЧ-діапазоні грає значно меншу роль, ніж для переходів, відповідних оптичного діапазону (див. Гл. 19, 20). Однак це основний фізичний процес, який в кінцевому рахунку обумовлює власні теплові шуми квантових підсилювачів.

Мазери як підсилювачі з наднизьким рівнем шуму доцільно використовувати тільки у випадках, коли інші шуми в системі, і в тому числі шумовий фон джерела випромінювання, досить малі. Тому реалізація дуже малих втрат в хвилеводах, циркулятора, що обертаються зчленуваннях та інших елементах стає визначальною при створенні радіосистем. Крім цього, при конструюванні квантового приймача доводиться враховувати не тільки ширину діаграми і коефіцієнт спрямованості випромінювання, але також бічні і задні пелюстки, оскільки через них може надходити на вхід теплове (шумове) випромінювання навколишніх предметів, хоча головний промінь і буде спрямований на джерело випромінювання холодного неба.

Сучасні КПУ працюють, починаючи з дециметрового і аж до міліметрового діапазону довжин хвиль, мають посилення 20 ... ... 40 дБ, смугу пропускання до 20 МГц (багаторезонаторні підсилювачі) і до 40 МГц (підсилювачі з хвилею, що біжить). КПУ мають малий динамічний діапазон: насичення в резонаторних підсилювачах настає при потужності вхідних сигналів 10 _9 ... 10 _1 ° Вт, а в підсилювачах біжучої хвилі - при потужності 10 7 Вт, час відновлення порядку 0,01 ... 0,1 с . Останні два фактори можна віднести до істотних недоліків розглянутих підсилювачів.

КПУ знайшли застосування в першу чергу в системах дослідження космічного простору, для управління і зв'язку з штучними супутниками Землі та іншими літальними апаратами, в системах ПРО для виявлення балістичних ракет, в РЛС дальнього виявлення і інших областях науки і техніки.

 
< Попер   ЗМІСТ   Наст >