быть также значительно уменьшены с использованием небольшого объема вокруг кристалла параметрического диода.

Рассмотрим более подробно свойства невырожденных усилителей, имеющих нагрузку в тракте разностной

0.9 0,8

0.7 0.S 0.5

0.3 0,2 0,1

С. 5

1.5 2,0

2.5 t, псек

Рис. 3.5. Влияние потерь в диоде при различной частоте сигнала на отношение добротности нена-гружениого резонатора с диодом Qoi к добротности самого резонатора iQct.

частоты. К таким устройствам относятся усилитель с компенсирующими элементами на частоте сог и усилитель-преобразователь.

Ввиду того, что при больших усилениях а~1, из (3.44) имеем

Т(1+Р2)

- 142 -

- 1.

(3.50)

Подставляя (3.50) в (3.48), получаем выражение для шумовой температуры, позволяющее произвести исследование в общем виде:

[(! 4-P2)Y=+y? ]Гд+С?Р27-н

(1 +f2)[yY-Y41 -\-h)\

(3.51)

где Гд - температура р-п перехода диода.

При охлаждении всего усилителя вместе с нагрузкой до Гу температура

у2 + 2

Q?y-y41+P2)

(3.52)

Из анализа выражений (3.51) и (3.52) следует, что ПУ, полностью охлажденный до температуры жидкого азота, имеет меньшие шумы, чем ПУ с нагрузкой, охлажденной даже до 0° К, так как обычно

Найдем оптимальное (с точки зрения минимальных шумов) значение связи с нагрузкой ((Зг) для двухкон-турных ПУ с охлаждением.

Пусть охлаждена одна нагрузка (7н<7д). Тогда,

взяв производную и приравняв ее к нулю, найдем а 2

Рголт, при которой 7ш=7шмин:

Гн \

Y I Y + 7-

(3.53)

При охлаждении нагрузки до температуры жидкого

гелия отношение Гн/Гд О и Рзопт = тогда

+ Qf -(Y + i)

27-д

l/l+Q?-l - 143 -

(3.54)

Если двухкоитурный усилитель включить па отражение и охладить один диод (Гд<Гн), то без учета потерь резонатора минимальные шумы будут при отсутствии нагрузки в тракте разностной частоты ((32 = 0). Действительно, при 7д = 4,2°К

f2 ОПТ

(3.55)

а так как практически T<Qi. то от = 0.

Однако при этом отпадает возможность использования ценных свойств схем с нагрузкой в тракте разностной частоты.

Наиболее наглядно указанные закономерности видны, например, из графика рис. 3.6, рассчитанного по приведенным формулам. В расчетах значение динамической добротности Qi охлажденного диода принято равным 15, что вполне реально для диапазона дециметровых волн. В самом деле, для диодов с линейным распределением примесей коэффициент модуляции составляет примерно 0,2, а постоянная времени т охлажденных диодов, как показали измерения, может достигать (0,5 1,0) 10-12 сек. Из рис, 3.6 видно, что при Y3 охлаж-

Рис. 3.6. Зависимость шумовой температуры невырожденного ПУ от коэффициента связи при охлаждении всего усилители и при охлаждении только одной нагрузки.

Дениё всего усилителя вместе с нагрузкой до Т= = 77° К дает по крайней мере двойной выигрыш по шумам в сравнении с охлаждением нагрузки до температуры жидкого гелия. Кроме того, из графиков видно, что в полностью охлажденном усилителе при неизменной мощности накачки, когда используется вся пригодная для работы характеристика диода, увеличение связи с нагрузкой приводит к ухудшению шумовых свойств усилителя. Это объясняется тем, что для поддержания регенеративного усиления на том же уровне (а=const) при увеличении связи с нагрузкой (Зг значение (3i соответственно уменьшается (3.44), что и приводит к ухудшению Тш. Одновременно с этим изменяется относительная полоса пропускания усилителя, определяемая при заданной частоте накачки по следующим формулам:

IT- С- ) (1- °0)f2 П (l-Cto)Y /о

77+77

где Qhi и Qh2 - добротности нагруженных контуров I и и.

С учетом того, что при охлаждении потери в стенках резонаторов уменьшаются и в ряде случаев, особенно при сильной связи диода с резонаторами, ими можно пренебречь, величины Q i и Qh2 определяются следующим образом:

07= о;Г+-о7=о; +07== (1+Р)=Л- (1+р).

Так как при малых потерях в стенках резонатора

(3-Qo/Qbh-QaWQbh,

то для контура на частоте сигнала

jV.(i-l-P.) iv<o.(i-bP.) и для контура разностной частоты

Од2 1

Qu,=

(3.57)

(3.58)

Подставляя (3.57) и (3,58) в (3.56), получаем выражение для определения относительной полосы про-10-2175 145 -

пускания ПУ в завпспмостп от степени связи с охлажденной нагрузкой

+

(3.59)

Взяв первую производную по (Ц-Рг) выражения (3.59) и нрнрапняв ее нулю, получим формулу для определения величины коэффициента связи Рг, при которой полоса пропускания усилителя максимальна;

N2 г

(3.60)

Если параметры элементов усилителя обеспечивают равенство

= 1

ТО максимальная полоса имеет место при отсутствии нагрузки в тракте разностной частоты ПУ. Практически это равенство не выполняется, так как обычно NJN2>\ и Qly 1, т. е. для широкополосности существует оптимальная связь с охлаждаемой нагрузкой.

Это необходимо учесть при создании не только охлажденных ПУ-преобразователей, где нагрузка в тракте разностной частоты обязательна, но и в отражательных ПУ. В последних подключение нагрузки может существенно расширить полосу при столь незначительном ухудшении чувствительности, что Гщ можно считать примерно постоянной. Для иллюстрации сказанного на рис. 3.7 представлены расчетные графики зависимости относительной полосы пропускания и эффективной шумовой температуры ПУ, охлажденного до температуры жидкого азота, от коэффициента связи Рг- При расчете взяты реальные параметры элементов ПУ.

Из этого рисунка следует, что полоса усилителя может быть расширена незначительным увеличением связи с нагрузкой, а шумы при этом практически остаются на том же уровне. Кроме того, наличие нагрузки в тракте разностной частоты дает возможность добиться еще большего расширения полосы при малых значениях ве-

личины связи Рг, обеспечивающих низкую Т, посредством подключения дополнительных резонаторов в тракт разностной частоты между нагрузкой и диодом. Последнее особенно удобно для перестраиваемых конструкций, у которых частота накачки меняется при перестройке, а частота 0)2 остается постоянной.

Рис. 3.7. Зависимость полосы пропускания и Тш охлаж-дениого ПУ от связи с нагрузкой:

/ - при т=0,5 псек; 2 -при т=0,75 псек; J -при т= I псек.

Следует отметить, что в общем случае изменение Р2 приведет к изменению коэффициента усиления К, так как усиление определяется не только коэффициентом регенерации а (который мы в расчетах считаем постоянным), но и коэффициентами связи. Поэтому выражение

для произведения Vj как функции от Р2 имеет вид

V

<Xo[l-T/Q(l +Р2)]

NxQ]

(3.61)

что указывает на некоторый сдвиг максимума указанной П

зависимости

Однако вследствие того, что для достижения малых шумов охлажденные ПУ должны работать при большой 10* - 147 -