Full resolution (JPEG) - On this page / på denna sida - 1958, H. 44 - Molekylarförstärkare, av Einar Delhage
<< 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.
Molekylarförstärkare
Civilingenjör Einar Delhage, Stockholm
621.373
621.375.9
Utvecklandet av förstärkare enligt
"maser"-principen utgör ett mycket stort framsteg inom
det område som sysslar med lågbrusförstärkning
av mikrovågor. Denna förstärkare medger
konstruerandet av en mottagare med inte mer
själv-genererat brus än det som uppstår i antennen
och överföringssystemet till denna. Masern (av
"Microwave amplification by stimulated
emission") är en biprodukt av undersökningar
rörande absorptionen av mikrovågor i
paramagnetiska material vid temperaturer nära 0°K
(Tekn. T. 1958 s. 1041).
Tvånivåmasern
Vid spektrografiska mätningar inom
mikrovågsområdet vid University of Michigan 1930
fann man i ammoniakgas en mycket stark
absorption vid 24 000 MHz. Förklaringen ges av
kvantfysiken. Bland alla möjliga rörelsemoder
hos en ammoniakmolekyl finns det två tillstånd
åtskilda av energibeloppet h • f där h är
Plancks konstant och f är den absorberade
Fig. 1. Om molekyler i en gas kan befinna sig i två
energitillstånd Wt och Wt, medför en övergång av
en molekyl från det högre till det lägre tillståndet
att elektromagnetisk strålning utsänds med
frekvensen given av ekvationen i figuren.
Fig. 2. Anordning för separering av molekyler i olika
energitillstånd.
strålningens frekvens. Om antalet
ammoniak-molekyler i den lägre energinivån är och
antalet molekyler i den högre nivån W2 är n2
och man bestrålar ammoniakgasen med
mikrovågsenergi av frekvensen f bestämd av
förhållandet h - f = W2— W1 får man en absorption
motsvarande en övergång av molekyler från
tillståndet W, till W2, fig. 1.
Fördelningen av molekyler mellan dessa båda
nivåer vid termisk jämvikt bestämmes av
Boltz-mans lag enligt e — h • f/kT = njnx där k är
Boltzmans konstant och T är absolut
temperatur. Vid mikrovågsfrekvenser och
rumstemperatur är exponenten i detta uttryck av en
sådan storlek att skillnaden i antalet molekyler
är mycket liten. För att absorption skall
kunna äga rum måste nx vara mycket större än n2.
Om molekylsystemet är labilt, dvs. om
fördelningen av molekyler i de två nivåerna är en
annan än lagen anger, så strävar det att
återvända till sitt jämviktstillstånd genom en
mekanism känd som relaxation. Belaxationen kan
utlösas exempelvis genom påverkan av
strålning från omgivningen eller kollisioner mellan
molekylerna inbördes. Infallande strålning av
rätt frekvens kan således antingen adsorberas
eller alstra emission. Det senare inträffar
endast om n2 är större än nx.
I den första tvånivåmasern separerades
molekylerna i de båda energitillstånden av ett starkt
inhomogent elektriskt fält, fig. 2. Molekyler i
den övre nivån drogs in mot det elektriska
fältets symmetriaxel och leddes in i en hålledare
med resonansfrekvensen lika med
absorptions-frekvensen för ammoniak. Molekylerna i den
lägre nivån å andra sidan tvingades genom
fältets inverkan bort från symmetriaxel^ Den
rätta frekvensen hos det oregelbundna
värmebruset i hålrumsväggarna stimulerade
emission, och då oscillationer en gång börjat,
förstärktes de och fortsatte så länge emissiva
am-moniakmolekyler tillfördes. Eftersom
ammo-niakabsorptionen är snävt definierad var
denna masertyp mycket smalbandig och knappast
lämplig som förstärkare. Däremot kan den
användas som frekvensstandard eller "molekylar-
TEKNISK TIDSKRIFT 1958 J ]fij
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
