Full resolution (JPEG) - On this page / på denna sida - 1958, H. 10 - Molekylar- och reaktansförstärkare, av Herbert Steyskal
<< 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.
För orientering 0111 hittills föreslagna eller redan
utprovade metoder att generera eller förstärka
högfrekventa elektromagnetiska vågor enligt de nya
principerna hänvisas till fig. 1. I det följande
lämnas en kort beskrivning av dessa anordningar samt
prestanda så långt experimentella resultat är kända.
Vid jämförelse med konventionella mikrovågsrör
bör man också ta hänsyn till sådana faktorer som
möjligheten att avstämma till önskad frekvens,
mot-tagbar frekvensbandbredd vid viss avstämning,
storleksordning av uteffekt, verkningsgrad samt
driftsätt (puls- eller kontinuerlig drift).
Molekylarförstärkare i fast fas
En redogörelse för molekylarförstärkare finns
redan i svensk litteratur5, där också en
ferrit-reaktans-förstärkare inneslöts i begreppet
molekylarförstärkare. Sedan dess har separeringen av begreppen
blivit strängare. Det föreslås därför att uttrycket
molekylarförstärkare användes endast i stället för
"maser" och därmed kännetecknar en
förstärkningsmekanism, som bygger på "stimulerad emission av
strålning".
Eftersom den föreliggande framställningen avser
förstärkare, så beröres ej atomklockor. De fysikaliska
principerna för två- och trenivåförstärkare har
redan beskrivits5 och därför räcker det att här
karakterisera typerna genom vissa frekvensrelationer. I
en tvånivåförstärkare av enklaste art är
pumpfrekvens /„ och signalfrekvens f1 lika med varandra,
fo = fi (1)
dock är större avvikelser också tänkbara (se nedan).
En trenivåförstärkare kännetecknas däremot genom
den till de tre atomära energinivåerna motsvarande
relationen
fo = h + f, (2)
varvid frekvensen f2 inte har någon funktion i
förstärkningsmekanismen.
Den aktiva substansen i molekylarförstärkare
utgöres av en paramagnetisk enkristall. Kristallen är
tillsatt med jämnt fördelade paramagnetiska joner
till en halt av några tiondels procent. Dessa är tack
vare den låga koncentrationen inte kopplade till
varandra och uppvisar diskreta energinivåer. Hittills
liar man använt fyra olika paramagnetiska ämnen
nämligen
1) Kisel tillsatt med cerium, neodym, gadolinium
eller fosfor.
2) Aluminiumoxid tillsatt med krom (rubin).
3) Kaliumkoboltcyanid tillsatt med krom
(biand-kristaller av kaliumkromcyanid och
kaliumkoboltcyanid).
4) Lantanetylsulfat tillsatt med gadolinium
(biand-kristaller av lantanetylsulfat och
gadoliniumetyl-sulfat).
I en paramagnetisk jon påverkas separeringen E
mellan vissa energinivåer av ett yttre statiskt
magnetfält Hs och dess riktning (Zeemann-effekt).
Principiellt riktigt, dock starkt förenklat kan sambandet
beskrivas genom
E — hf = y • juB - Hs (3)
där g är Lande’s ø-faktor (i flertalet praktiska fall
Fig. 2. Energinivåer som funktion av statiskt magnetfält
i ett paramagnetiskt material.
Energy levels as a function of a static magnetic
field in a paramagnetic material.
g = 2) och [xB är Bohrs magneton. Ur (3) kan
frekvensen f beräknas för den elektromagnetiska
svängning (t.ex. pumpens), som har just sådana
energi-kvanta, att den kan överföra joner till en viss högre
energinivå om ett magnetfält Hs råder:
f = 2,8 Hs (4)
där f är uttryckt i MHz och Hs i gauss.
Ekvationerna (1), (2) och (4) visar att pump- och
signalfrekvenserna kommer att ligga mellan 300 och
30 000 MHz om magnetfält av storleksordningen 100
—10 000 gauss användes. Vidare framgår att man
medelst magnetfältet kan välja ut en viss frekvens,
dvs. förstärkaren kan göras avstämbar.
Tvånivåförstärkare
Denna arbetsprincip tillåter endast pulsdrift, dock
under relativt gynnsamma förhållanden. Efter
exci-tering av jonerna med en puls av pumpfrekvens
tillföres signalen varvid stimulerad emission uppstår.
Experiment med kisel tillsatt med fosfor har utförts
vid mycket låg temperatur och gav relaxationstider
av ca 1 minut. Kvasikontinuerlig drift kan således
tänkas med successiv frammatning av exciterade
kristaller i signalens kavitet.
Jonerna exciteras genom s.k. adiabatiskt snabbsvep.
Härvid arbetar pumpen kontinuerligt och med
konstant frekvens f0. Jonerna avstämmas på
pumpfrekvensen genom ett tidsvariabelt magnetfält, som
passerar det enligt (4) erforderliga värdet Hs så sakta
att alla joner hinner bli exciterade och ändå så
snabbt att hela svepet är mycket kortare än
relaxa-tionstiden. Beroende på om det konstanta slutliga
magnetfältsvärdet H/ är högre eller lägre än Hs, så
kan man förstärka signaler med en frekvens ft högre
eller lägre än f0 i enlighet med (4). Hittills
publicerade resultat14,15 ger vid handen att kisel försatt med
fosfor kan starta pulsade oscillationer i en kavitet
vid 9 000 MHz med pulslängder av 20 fis.
Magnetfältet är 3 000 gauss och temperaturen 1,2°K. Inga
fler data är kända.
Trenivåförstärkare av kavitetstyp
Den för förstärkningsändamål väsentliga delen av
energispektret för paramagnetiska joner visas
schematiskt i fig. 2.
1 144 ELTEKN I K 1958
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
