Full resolution (JPEG) - On this page / på denna sida - 1958, H. 2 - Molekylarförstärkare för mikrovågor, av Bertil Peterson
<< 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.
tiska elektronernas" spin och mellan dessa och
övriga magnetiska dipoler i kristallen mycket snabbt
orsakar, att strålningen från skilda spin-dipoler
kommer ur fas (kort T2), medan systemets energi ej
påverkas (oförändrad T1,). Som framgår av ekv. (11)
medför en ökning av bandbredden, genom
minskning av T2, alltid lägre förstärkning. Detta får
kompenseras genom ökad molekyltäthet, N0, och därför
är molekylsystem i fast tillstånd särskilt lämpliga,
trots att det därvid utnyttjade magnetiska
dipolmomentet är ca 100 gånger mindre än det i gaser
utnyttjade elektriska dipolmomentet p i (11).
Brusfaktor
Den synnerligen låga brusfaktorn är den viktigaste
egenskapen hos en maserförstärkare. Bruset från
vanliga klystron- eller vandringsvågsförstärkare är
ca 1 000 gånger större.
Två processer ger upphov till brus i en
molekylarförstärkare, nämligen dels den termiska strålningen
från väggarna i den kavitet, där det emissionsbenägna
molekylsystemet befinner sig och dels den spontana
övergången mellan två energitillstånd, som alltid
förekommer och ger upphov till inkoherent strålning.
Den sistnämnda processen sätter den absoluta nedre
gränsen för brusfaktorn till omkring 0,01 dB, medan
inverkan av den första avtar med minskande
temperatur.
Om man antar en förstärkare av typen
molekylsystem i vågledare och att förstärkningen är > 1, kan
man visa att brusfaktorn
(12)
Härvid betyder
N2 antalet molekyler i det högre emissiva
tillståndet.
Nt antalet molekyler i det lägre absorptiva
tillståndet.
<x förstärkningsfaktorn.
ocg vågledarens dämpningsfaktor.
Pn0 värmestrålningen från väggarna med
temperaturen T0.
Ekv. (12) kan förenklas, om man antar att
dämpningen i vågledaren är mycket liten jämförd med
förstärkningen, cc > ocg, och om antalet molekyler i
den högre energinivån är mycket större än i den
lägre, N2 > Dessa båda villkor är för övrigt
nödvändiga, om lägsta möjliga brusfaktor skall erhållas.
- Pn0~ kTo
(13)
Ett typiskt numeriskt värde på brusfaktorn erhålles
enligt (13) till 1,004 eller 0,02 dB.
Verkningsgrad
Den "molekylära verkningsgraden" kan uppskattas
på följande sätt: Tillförda effekten Pin måste vara
ungefär en foton under relaxationstiden Tv dvs.
p.
Pin - Ti
Den från varje molekyl avgivna effekten kan
erhållas ur (7)
2n*vp* E2 Ti
(b)
Fig. 2. a.) Schematisk bild av en ammoniakmaser. b.)
Perspektivbild av fokuseringsanordningen.
a.) Sketch of the ammonia maser, b.) Perspective
view of the focuser.
Put
Molekylära verkningsgraden = —— ^ 2 n2 T i T2
iin
[ff
Villkoret för linjär förstärkning, ekv. (10), kan
skrivas
(f)’
1
4 TT* TI TI
Put S3
h
Sålunda blir molekylära verkningsgraden < 0,5;
Om den totala verkningsgraden för en
maserförstärkare beräknas med hänsyn till förlusterna i alla
tillhörande yttre kretsar m.m., blir den naturligtvis
mycket låg, uppskattningsvis mycket mindre än 1 %.
De viktigaste exeitationsmetoderna och deras
tillämpningar
Excitationsprocesserna, dvs. de förlopp, som
överför det största antalet molekyler till den högre av
två möjliga energinivåer, måste oundvikligen verka
störande på förstärkningsprocessen, om denna pågår
samtidigt. Pulsdrift, dvs. omväxlande
excitations-och förstärkningsperioder, blir därför det naturliga
arbetssättet. För att få kontinuerlig drift, måste
molekylerna i olika delar av molekylsystemet exciteras
vid olika tider, och sedan i jämn följd efter varandra
bidra till förstärkningsprocessen. Excitation och
förstärkning kan antingen äga rum inom samma
område, eller också exciteras molekylerna först och
införs sedan i förstärkaren.
Nedan skall några av de viktigaste
exeitationsmetoderna beröras, vilket samtidigt innebär, att
konstruktionen av de vanligaste molekylarförstärkarna
kommer att skisseras.
Starkeffektseparering
Den första maser som konstruerades (Gordon,
Zeiger, Townes) utnyttjade Starkeffektens inverkan på
ammoniakmolekyler för att rent geometriskt sepa-
ELTEKN I K 1958 XI
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
