Квантовий підсилювач резонаторного типу

Изобретение относится к радиотехнике СВЧ, а именно к квантовым усилителям, и предназначено для использования в системах СВЧ. Мель изобретения - ^в^личение срока службы и экономичности за счет уменьшения мощности н а к а ч к и . Квантовый усилитель состоит из а к т и в н о г о к п и сталла, помещенного в объем прямоугольной Формы, ограниченный меттлг-л ческими стенками. В одной стенке и р противолежащей ей выполнены отверстия с волноводами сигнала и някг.чки, развернутыми под прямым углом /ірvг к д р у г у . Одна из стенок представляет собой настроечный плунжер, с о с т о ящий из средней и крайних частей, соприкасаемых по плоскостям, параллельным широкой с г е н к е с и г н а л а , и имеющим возможность независимого п е ремещения о 1 и л . Изобретение относится к радиотехнике СВЧ, в частности к квантовым усилителям резонаторного типа, и может быть использовано в радиоизмерительной т е х н и к е , для радиоастрономических исследований и технике дальней космической с в я з и . Известен квантовый усилитель резонаторного т и п а , представляющий собой кристалл активного вещества прямоугольной Форми, покрытый слоем металла. В слое-металла выполнены от,верстия связи с волноводами сигнала и н а к а ч к и . Размеры кристалла подобра^ ны таким образом, чтобы обеспечить резонанс одновременно на двух частотах - частота сигнала и накачки, с о отношение которых определяется структурой энергетических уровней а к т и в ного вещества. Это позволяет эффективно использовать мощность накачки и тем самым значительно снизит ь трр! . емую для работы квантового усилители мощность накачки. Такой квантовый усилитель имеет максимально достижимый коэффициент заполнения активным веществом, низкий уровень, требув' мый для работы квантового усилите" ля, мощности накачки, однако является неперестраиваемым по частоте. Перестройка по частоте при сохранении достаточно высокого значения коэффициента заполнения возможна в квантовых усилителях резонаторного типа с частичным заполнением активным веществом. Квантовый усилитель резонаторного типа с частичным заЪолнением активным веществом, яв 10-92 і— •J.. »* -. 1720*153 ляющийся ближайшим по технической сущности к предлагаемому устройству, представляет собой объем прямоугольной формы, ограниченный металлической поверхностью, с помещенным в него активным кристаллом. Одна или две его противолежащие стороны 'представляют собой настроечные плун1жеры> а одна или две другие противо|лежащие стороны имеют отверстия [связи с волноводами сигнала и накачки, Настройка резонатора квантового усилителя на заданную частоту сигнала производится путем перемещения одного или двух настроечных плунжеров, причем с помощью двух плунжеров достигается примерно двукратное увеличение диапазона перестройки квантового усилителя. Если частота накачки в несколько раз превышает частоту сигнала (случай, характерный для сантиметрового диапазона длин волн), то вблизи частоты накачки имеется плотный спектр резонирующих типов колебаний и требуемая мощность накачки невелика, включая случаи, когда частота накачки не точно совпадает с частотой резонанса какого-либо типа колебаний. Однако, в миллиметровом диапазоне длин волн, а также для некоторых схем получения усиления в сантиметровом диапазоне частота накачки незначительно превышает частоту сигнала и, следовательно, вблизи частоты накачки спектр резонирующих типов колебаний сильно разрежен. Соответствие резонансных частот резонатора квантового усилителя одновременно частоте сигнала и накачки если и выполняется, то только на фиксированной частоте, а не в диапазоне перестройки квантового усилителя, что приводит к значительному увеличению требуемой мощности накачки „ С другой стороны с укорочением длины волны уменьшается мощность генераторов СВЧ. Все это ограничивает возможности создания квантовых усилителей в миллиметровом диапазоне длин волн. 15 20 25 30 35 40 45 50 Целью изобретения является увеличение срока службы и экономичности 55 за счет уменьшения мощности накачки. На чертеже изображен общий вид квантового усилителя резонатормого тмпа6 4 Квантовый усилитель резонаторного типа состоит из активного кристалла 1 , помещенного в объем грямоугольной формы, ограниченный металлическими стенками 2, 3, ^ . С одной стороны объем резонатора ограничивает настроечный плунжер, состоящий из среди ней 5 крайних 6 частей, имеющих возможность независимого перемещения. 8 стенке 2 выполнено отверстие свпзи 7 с волноводом накачки 8, а в противолежащей стенке - с волноводом сигнала 9, причем широкие стенки прямоугольных волночодов сигнала 9 и накачки 8 перпендикулярны друг Другу. Устройство работает следующим образом, В резонаторе квантового усилителя посредством волноводов сигнала 9 и накачки 3 и отверстий связи возбуждаются два типа колебаний низшего порядка взаимоортогональных поляризаций, причем вектор электрической составляющей электромагнитного поля типа колебаний сигнала перпендикулярен стенке 3, а типа колебаний накачки перпендикулярен стенке k. Область резонатора между активным кристаллом и плунжером запредельна на частотах сигнала и накалки, так как диэлектрическая проницаемость активных кристаллов, используемых в квантовых усилителях, велика (более 8 ) . Это приводит к тому, что поля будут спадать по направлению к плунжеру (5, 6) , то есть величины электрической и магнитной составляющей электромагнитного поля постоянны вдоль направления перпендикулярного стенке 3 типа колебаний сигнала и непостоянны для типа колебаний накачки, а именно, максимум электрической составляющей приходится на центральную часть торца плунжера, а магнитной - на его образующую, Путем совместного перемещения обеих частей 5, 6 плунжера осуществляется настройка оезонатора квантового усилителя на частоту сигнала. Настроить резонатор квантового усилителя на частоту накачки можно путем перемещения во взаимно противоположных направлениях средней 5 и крайних 6 * астей . плунжера„При этом вследствие постоянства величин электрической и магнитной 'Составляющих вдоль направления, перпендикулярного стенке 3, для типа ко 1720^53 пебаний сигнала перемещение в проту накачки при сохранении тивоположных направлениях средней и на частоте сигнала. 1 крайних мастей плунжера оказывает комПоложительный эффект, по сравне пенсирующее друг друга влияние на час-• ^ нию с прототипом, заключается в тоту резонанса, обеспечивая тем садостижении низкого уровня мощности мым возможность ее сохранения. Для накачки, требуемой для работы квантипа колебаний накачки перемещение тового усилителя в диапазоне его средней части 5 плунжера приводит к частотной перестройки Уменьиэмие заполнению или освобождению объема jg уровня требуемой мощности накачки резонатора квантового усилителя, в приводит к уменьшению расхода жидкотором в основном сосредоточена кого гелия, используемого для охэнергия электрической составляющей лаждения квантового усилителя, электромагнитного поля, а перемепозволяет увеличить экономичность щение крайних частей 6 плунжера 15 и срок службы,, к заполнению или освобождению объема резонатора с преимущественным Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я сосредоточением энергии магнитной Квантовый усилитель резонаторсоставляющей электромагнитного поля ного типа, содержащий помещенный в Поэтому перемещение средней 5 и 20 корпус прямоугольной формы активный крайних 6 частей плунжера в протикристалл, ограниченный металлическивоположных направлениях оказывает ми стенками т одна из которых пред•дополняющее друг друга влияние на ставляет настроечный плунжер, а частоту резонанса типа колебаний две другие противолежащие стенки Iнакачки. Так перемещение средней 25 имеют отверстия связи с волноводачасти плунжера 5 по направлению к ми накачки и сигнала, о т л и ч а ю активному кристаллу, а крайних чащийся тем, что, с целью увелистей плунжера 6 от него приводит к чения срока и службы и экономичноуменьшению частоты резонанса, а сти за счет уменьшения мощности n-jсоответственно перемещение средней 30 качки, настроечный плунжер выполнен части плунжера 5 по направлению от из трех частей, при этом средняя активного кристалла 1 и крайних масть соединена с одним приводом перечастей плунжера 6 и кристаллу - к мещения, а две другие с другим приее увеличению для типа колебаний водом перемещения, все части плунженакачки. ра установлены в соприкосновении по 35 плоскостям, параллельным широкой Таким образом, путем перемещестенке волновода сигнала, а протиния средней 5 и крайних 6 частей волежащая плунжеру металлическая плунжера в противоположных направлестенка параллельна широкой стенке ниях достигается настройка резонатора квантового усилителя на часто40 волновода накачки. 1720453 s Редактор Н.Каменская Составитель О.Исаева Техред А.Кравчук Корректор ЛсПилипенко Заказ 983/ДСП Тираж Подписное ВНИИПИ і о с у д а р е т в е ш ю г о комитета но и з о б р е т е н и я м и открытиям при ГМГГ СССР 1 1 JO3 5 , Mm к в а , Ж- 1Ъ , Рауид к а я наб . , л . 4/5 Пройти > к г не її (к - и ц п е ІЬСКІІЙ комбинат " П а т е н т " , і . \ жгорол., ул . Гагарина , (01