рении в жидком азоте представлены иа рис. 3.10. Для этих измерений были использованы диоды, параметры которых при переходе от Г=300°К к 7 = 77° К остаются неизменными.

ксв 13

f=9Z00

f=91l6

6,7 S,e Деления волномера

Рис. 3.10. Экспериментальные частотные зависимости КСВ охлаждаемого ПУ, определяющие степень связи р.

КоэффициентьГвключения диода в резонатор сигнальной частоты N, и в резонатор, разностной частоты iV, определялись по изменению резонансной частоты указанных контуров под воздействием напряжения обрг.тного смещения на диоде

При этом считалось, что при небольших расстройках, когда ДС < С и Д/.</, коэффициент включения равен

где ДСд/Сд -относительное изменение емкости диода.

Для германиевых диффузионных диодов, вольтфа-радная характеристика которых описывается выражением

где Си - емкость днода при смен1епии U;

Со - емкость диода при нулевом смещении;

Uk - контактная разность потенциалов, относительное изменение емкости может быть вычислено по формуле

+ 1 - у/ к + 2

Cut Cu2 с

При этом следует учитывать зависимость контактной разности потенциалов от температуры при охлаждении.

На основе результатов измерения коэффициента включения диода в резонатор могут быть произведены непосредственно на макете экспериментального усилителя измерения т диодов при их охлаждении. При этом предполагается, что потери 3 стенках охлажденного резонатора много меньше потерь за счет диода, и т вычисляется по формуле

1 1

Q Nu>(l + ii.2)i QoNa

Анализ данного выражения показывает, что для уменьшения погрешности измерения т до нескольких процентов реактивная проводимость диафрагмы связи в измеряемом тракте должна быть выбрана таким образом, чтобы обеспечить режим вблизи критической связи (Pi,2~l), что практически легко осуществить. Характерные результаты измерений величины т охлаждаемых диодов указанным методом на частотах, близких к частоте накачки, и соответствующие им значения Qo показаны на рис. 3.11. Из рисунка следует, что в зависимости от низкотемпературного хода кривых т характеристики усилителя (температура шума, полоса пропускания при заданном усилении) могут претерпевать значительные изменения. Следовательно, окончательный расчет и конструирование охлаждаемого усилителя будут определяться реально достижимыми значениями т и видом вольтфарадной характеристики при заданной температуре в криостате.

Таким образом, все параметры, характеризующие охлажденный ПУ, могут быть легко измерены. Как показали эксперименты, расчет температуры П1ума по па-

рамстрам, измеренным при пыключсппом генераторе накачки, весьма хорошо совпадает с данными измерений Тт при включении накачки.

Некоторые результаты исследования охлажденных параметрических диодов и описание резонаторного метода измерений их параметров приведены в гл. 2.

На рис. 3.12 изображен общий вид некоторых конструкций охлажденных невырожденных ПУ диапазона

во N=3.95%

1Z0 100

60 1Ю 20

о 60 100 т 180 ZZO 260 T°V.

Рис. 3-11. Зависимости т диода и ообствеи-ной добротности резонатора с диодом Qo от температуры, полученная в сантиметровом диапазоне волн на макете охлажденного ПУ (т в пикосекундах).

дециметровых и сантиметровых волн. Параметрический усилитель на рис. 3.12,в имеет отдельный контур разностной частоты с элементами связи для подключения нагрузки. В усилителе, изображенном на рис. 3.12,6, использовано явление последовательного резонанса в диоде. Контур на частоте сог образован элементами диода и отрезком запредельного волновода тракта накачки. Конструкция на рис. 3.12,г представляет собой двухкаскадный охлажденный ПУ.

В данных устройствах подача сигнала и мощности накачки осуществляется через трубки из нержавеющей стали, смонтированные на крышке криостата и подключаемые к фланцам, изображенным на рис. 3.12. Напряжение смещения подается на диод по коаксиальной линии тракта сигнала через сопротивление, включенное в одно из плеч охлаждаемого вместе с ПУ ферритового циркулятора. В ряде конструкций, например, при использовании У-циркуляторов и при работе ПУ в режиме на

отражение , при работе усилителя с преобразованием частоты смещение подается по сигнальному тракту при помощи направленного ответвителя, расположенного вблизи крышки криостата.

Амплитудно-частотные характеристики охлаждаемых ПУ дециметрового диапазона волн представлены на рис. 3.13,0, характеристики охлаждаемых ПУ сантн-

Диапазон 30гО см (п=3)

Диапазон 1520 см (п=2)

Диапазон 78 см

О 10 го 10 fo 10 20 30 го ю fo lO го зо го ю fa ю го зо

Рис. 3.13. Амплитудно-частотные характеристики охлаждаемых невырожденных параметрических усилителей диапазона дециметровых (а) и сантиметровых волн (б), где п - число резонаторов в усилителе.

метровых волн -на рис. 3.13,6. Типичная экспериментальная зависимость Гш от Г приведена на рис. 3.14. В дециметровом диапазоне волн шумовая температура узкополосного ПУ без нагрузки в тракте разностной частоты составляет 20-30° К при использовании германиевых диффузионных диодов, имеющих т порядка 0,4 псек при Г=77°К и смещении -10 в. Отметим, что измерения, проведенные Наджаровым Ю. А. и Дарчи-нянцем М. 3. в этом же диапазоне волн и с теми же диодами, подтверждают границы указанных значений Гш. О.хлаждаемые до температуры жидкого азота ПУ с нагрузкой в тракте разностной частоты имеют в диапазоне дециметровых волн Гш~30°К, а в диапазоне сантиметровых волн Гш~50°К. Все эти величины приведены для ПУ с неоптимальной частотой накачки.

При использовании диффузионных диодов наилучшие результаты получены на образцах, изготовленных Лисо-горским М. Е. и Чистопрудовым Л. В. Применение в этих диодах специальных лаков - компаундов - для покры-

тия р-п переходов и пружин компенсаторов для подключения перехода к электроду дало возможность повысить надежность диодов при многократном охлажде-1ШИ и сохранить высокие электрические параметры. Многие из указанных диодов после установки в охлал<-даемые ПУ выдержали более 100 циклов охлаждения

Рис. 3.14. Экспериментальные зависимости температуры шума невырожденных параметрических усилителей от температуры окру-жаюп1ей среды.

ДО Т=77°К С последующим нагревом без изменения характеристик. Для экспериментальных исследований ПУ весьма удобны диоды с постоянной времени т, значения которой при 300° К и заданной Г охлаждения практически совпадают. К таким диодам относятся диоды, выполненные на базе GaAs с р =0,005 ом-см (гл. 2), германиевые диффузионные диоды с повышенной коппентрацией примесей и малой толщиной базы и другие типы. Измеренная шумовая температура охлажденных