Для .максимально плоских фильтров

Если в приведенных ранее формулах вместо a под-ставить положительную величину г = где - ак-

тивная проводимость нагрузки, то многие выражения

могут быть применены в дополнение к таблицам [23] для частного случая расчета пассивных фильтров, нагруженных на несогласованную активную нагрузку.

Отметим, что все приведенные материалы применимы и для ферритового усилителя, если его выполнить по многорезонаторной схеме. Можно полагать, что при глубоком охлаждении такие устройства будут весьма полезны.

Произведем полный учет влияния ширины и формы линии ЭПР на параметры квантовых усилителей.

Последнее особенно важно при создании многорезонаторных схем, когда полоса усилителя приближается к ширине линии ЭПР и форма этой линии может ухудшить заданную неравномерность в этой полосе. Кроме того, это влияние начинает сказываться и в одноконтурных усилителях при работе их с малыми коэффициентами регенерации, когда не выполняются условия

Напишем выражение для а в виде

(5.69)

(5.70)

/л=-SлQл.

После несложных вычислений, пренебрегая малыми членами выражения для полосы пропускания при

выбранной форме характеристики, для /г-контурного усилителя получим

/. о \ =

1 +

(1 - o)

Q,Ho(i-f

j ft---1

(1 -a )2

Вследствие того, что при создании СВЧ устройств, пригодных для приема многоканальной информации, практический интерес представляет не полоса пропускания на уровне 3 дб, а полоса пропускания по заданной неравномерности (1+ф), то учтем это обстоятельство. При спаде на краях полосы на уровне 3 дб ф=1, так как при этом 101g(l+<p)=3 дб.

Тогда уравнение для определения относительной полосы пропускания /г-контурного усилителя примет следующий вид:

(1 +Г)

Qrr.o{.\ + yi)

)+5 (Q +Qm -fQ, of/)2 П Qft

Для одноконтурного усилителя

Qmo (1 + BQl)

Qmo ( + BQiy+ BQ(Q,+Q ,+BQmoQ],y

При г/л < 1 и 9 = 1 это уравнение переходит в обычное выражение

VKoB=~~n. (5.71)

\ 0 J

Ввиду того что форма амплитудно-частотной характеристики особенно важна вблизи средней частоты парамагнитного резонанса, т.е. при Qлlл < 1, выражение для а с достаточной степенью точности можно записать в следующем виде:

Я - - /г/л- + Ул

В этом случае уравнение, определяющее полосу пропускания усилителя на заданном уровне, запип1ется как

I -f у=

(I + BQl)

(5.72)

Вблизи границ спектральной линии (Qл?л=l) значения для В, рассчитанные по формуле (5.72), будут несколько занижены.

При гауссовой форме линий ЭПР ее учет можно производить, как указано в работе [2], записав выражение для а в виде

(5.73)

На основе представленных материалов можно показать, что практическая разработка миогорезонаторных схем позволяет создать малогабаритные резонаторные усилители с полосой пропускания, близкой к полосе пропускания усилителей бегущей волны.

Для сравнения ширины полосы пропускания резонаторного квантового усилителя и квантового усилн1еля

бегущей волны на рис. 5.6 приведен график, где кривые 1 соответствуют одному, двум и трем контурам в КУ. Величину ширины линии ЭПР Вщ (рис. 5.6) можно примерно определить по формуле

Например, для рубина с концентрацией хрома Сг+, равной 0,05%, на частоте 6 Ггц можно получить Вт=60 Мгц, т. е. приемлемая полоса пропускания может быть в принципе получена уже от резонаторного

15 20 25 Усиление, дб

Рис. 5.6. Зависимость полосы пропускания

от усиления для

квантового усилителя

резонаторного КУ (кривые /) н КУ бегущей волны (кривая 2).

квантового усилителя с двумя-тремя контуралги при коэффициенте усиления порядка 13-15 до, что вполне достаточно для обеспечения предельной чувствительности охлаждаемой приемной системы. Имеющиеся экспериментальные результаты исследования миогорезонаторных КУ в основном относятся к двухконтурным усилителям отражательного типа. Наиболее характер-

ные значения произведения УКП [9, 24, 25, 26, 27] для таких квантовых усилителей на различных частотах, работающих при температуре охлаждения 7=4,2° К, приведены на рис. 5.7, на котором вверху (крестиком) обозначена эффективность сдвоенного волноводного двухконтурного КУ с пассивными резонансными диафрагмами.

Приведем еще один график, изображенный на рис. 5.8, убедительно показывающий, что резонаторные

1000

Ю А Гги

Рис. 5.7. Экспериментальные данные двухконтур-ных КУ.

КУ в дополнение к отмеченным достоинствам обладают хорошей стабильностью. Коэффициент нестабильности усиления определяется отношением процентного изменения усиления к процентному изменению населенности энергетических уровщей активиого материала, зависящему в основном от мощности накачки. Отметим, что аналогичная величина весьма важна и для оценки параметрических усилителей. Из кривых рис. 5.8 видно, что при обычном усилении в 20-30 дб стабильность усилителя бегущей волны в 2-4,6 раза выше стабильности резона-торного усилителя. В то же время при использовании охлаждаемых ПУ после резонаторных усилителей, т. е. при требуемом усилении порядка 10-15 дб, эти усилители имеют практически одинаковую стабильность (5g=3-5%). В случае применения нескольких активных резонаторов, как показал Штейншлейгер В. Б., стабильность возрастает. Например, экспериментально установлено, что долговременная нестабильность КУ

с двумя активными резонаторами при /Со = 20 дб составила 2-3% от общего усиления, в то время как для КУ с входным пассивным резонатором она равна 5-10% [27].

Дополнительно заметим, что квантовые усилители обладают еще одним весьма полезным свойством, особенно ценным для приемников связи. При случайном попа-

100

до во

60 50 40 3D

5 10 15 го 25 30 35 40 Усиление. Од

Рис. 5.8. Зависимость коэффициента нестабильности усиления от величины усиления для резонаториого КУ и усилителя бегущей волны.

дании на вход приемника сильного мешающего сигнала на частоте приема происходит насыщение кристалла. Кристалл начинает при выключенном генераторе накачки не усиливать, а поглощать эту мощность, т. е. выполнять функцию входного нешумящего ограничителя мощности для защиты полупроводникового прибора следующего каскада. В обычных приемниках сильная помеха зачастую приводит к выходу из строя параметрических или смесительных диодов, стоящих на входе. Цепочечное соединение одинаковых проходных однорезонатор-ных КУ рассмотрено В. Б. Штейншлейгером [6].