- Project Runeberg -  Elteknik : Tidskrift för elektrisk kraftteknik, teleteknik och elektronik / Årgång 1. 1958 /
26

Table of Contents / Innehåll | << Previous | Next >>
  Project Runeberg | Catalog | Recent Changes | Donate | Comments? |   

Full resolution (JPEG) - On this page / på denna sida - 1958, H. 2 - Molekylarförstärkare för mikrovågor, av Bertil Peterson

scanned image

<< prev. page << föreg. sida <<     >> nästa sida >> next page >>


Below is the raw OCR text from the above scanned image. Do you see an error? Proofread the page now!
Här nedan syns maskintolkade texten från faksimilbilden ovan. Ser du något fel? Korrekturläs sidan nu!

This page has never been proofread. / Denna sida har aldrig korrekturlästs.

Fig. 1. Mellan molekyler och högfrekvensfält överförd
medeleffekt som funktion av frekvensen. v0 är
resonansfrekvensen.

The average power transfereei between molecules
and a microwave field as a function of frequency.
v0 is the resonance frequency.

ningseffekten uppskattas, och man erhåller värden
på bråkdels mW, varför det är tydligt, att
molekylar-förstärkare endast lämpar sig för mycket låga
effektnivåer.

Förstärkning

Om man antar att en molekylarförstärkare består
av en rak vågledare innehållande N0 molekyler per
längdenhet i det emissionsbenägna tillståndet, och
att den stimulerande strålningen är av frekvensen v0
och så svag att mättning undvikes, kan
förstärkningen uppskattas sålunda:

Den från molekylerna per längdenhet erhållna
effekten erhålles ur (7)

Ptot =

2 TT2 V p2 E2 r2

No

Den genom en tvärsnittsyta av storleken A i en
vågledare gående effekten är

Pin — ~ E,j Hx = K • AE2

4

där K är en konstant.
Förstärkningsfaktorn oc blir då

Plot _ 2?r2 v p2 Ti No
~PTn ~ hK Ä

= tfl

v p2 t2 n0

(ID

och den totala förstärkningen vid en vågledare av
längden l blir

G = ex I

Förstärkningen är alltså proportionell mot
frekvensen, som ju bestämmer varje fotons energi, samt mot
kvadraten på dipolmomentet, vilket bestämmer
storleken av kopplingen mellan högfrekvensfält och
molekyler. Proportionaliteten mot T„ är lätt förklarlig,
eftersom sannolikheten för att en molekyl skall avge
sin energi, är större, ju längre den befinner sig i sitt
emissionsbenägna tillstånd.

En numerisk beräkning för en typisk
molekylarförstärkare visar, att den måste vara flera meter lång
för att få tio gångers förstärkning. För att få
rimliga dimensioner på en sådan förstärkare, är det allt-

så tydligt, att det emissiva molekylsystemet måste
placeras i en resonator. Genom att resonatorn
automatiskt åstadkommer positiv återkoppling kan,
beroende på dess Q-värde, mycket hög förstärkning
åstadkommas.

Bandbredd

Bandbredden bestämmes dels av molekylsystemets
bandbredd och dels av den yttre kretsen. Att ett
molekylsystem med två energinivåer ej är resonant för
endast en frekvens, utan har en viss
molekylarband-bredd, beror på flera faktorer. En "naturlig"
breddning av en energinivå uppkommer genom att
molekylen endast under den korta tiden T2 är i
interak-tion med hf-fältet. Under denna tid kommer
molekylen att uppfatta en enda frekvens, även om den
träffas av flera frekvenser, spridda inom bandet
AvnI/r2. Denna breddning är emellertid mycket
liten och oftast försumbar. En Dopplerbreddning
kan uppkomma genom att molekylerna har olika
hastigheter i förhållande till det infallande hf-fältet.
Den utan jämförelse viktigaste orsaken till
breddning är dock den, som uppkommer på grund av
kollisioner mellan olika molekyler. Detta förhållande
har redan behandlats, ekv. (8), som också visade att
frekvensbreddning kan uppkomma vid mättning.
Slutligen bör påpekas att molekylernas kollisioner
med kärlväggarna kan ha en viss betydelse i detta
sammanhang. Ekv. (9) anger emellertid med fullt
tillräcklig noggrannhet den s. k.
molekylarbandbred-den, Bmoi.

En undersökning av de yttre kretsarnas inverkan
leder till följande resultat.
Icke resonant vågledare:

Total bandbredd = *n 2 J^1" • Bmoi

Lin ylimax/ 2)-i

Anpassad resonator:

0 644

Total bandbredd = ^y^• B»ioi

Dessa uttryck gäller alltså vid en fördelning av
överförd effekt som funktion av frekvensen enligt
fig. 1 (Lorenzfördelning). Det framgår att
produkten av förstärkning och bandbredd inte är konstant
utan ökar med tilltagande förstärkning. För en
förstärkning av mellan 10 och 100 gånger är den totala
bandbredden mellan 1/5 och 2/3 av
molekylarband-bredden.

En av de största svårigheterna med
molekylarförstärkare är att få tillräcklig bandbredd. Denna kan
ökas genom att minska T2, vilket vid ett gasformigt
molekylsystem betyder att trycket skall ökas. Då
trycket blir alltför högt, kommer emellertid de
nödvändiga excitationsmekanismerna ej att fungera, och
den högsta tänkbara bandbredden begränsas
härigenom till omkring 100 kHz. Vid förstärkare, som
arbetar med material i fast tillstånd, t.ex.
paramagnetiska salter, blir möjligheterna större. Den främsta
orsaken härtill är, att samtidigt som Tx är av
storleksordningen sekunder, vilket möjliggör
användning av en enkel excitationsmekanism, är T.2 mindre
än en mikrosekund, som leder till en bandbredd av
flera MHz (med vissa anordningar är t. o. m.
bandbredder upp mot 100 MHz teoretiskt möjliga). Detta
beror på, att interaktionen mellan de "paramagne-

ELTEKNIK 1958 1 26

<< prev. page << föreg. sida <<     >> nästa sida >> next page >>


Project Runeberg, Sat Dec 9 22:19:19 2023 (aronsson) (download) << Previous Next >>
https://runeberg.org/elteknik/1958/0030.html

Valid HTML 4.0! All our files are DRM-free