усиливаемой волны от выхода и входа К. у. внутри волновода (они приводят к нежелательному влиянию внеш. цепей и могут вызвать генерацию). Для этого по др. сторону греб╦нки в области, где поляризация магн. поля волны близка к круговой, помещают фер-ритовый вентиль 4, сильно поглощающий волну с обратным направлением распространения (ферромагнитный резонанс) и незначительно ослабляющий усиливаемую волну (невзаимные устройства). Ферро-магн. резонанс в вентиле должен происходить при том же значении поля Я, что и ЭПР в кристалле. Этого уда╦тся достичь, используя анизотропию формы фер-ритового образца, а в миллиметровом диапазоне также применяя ферриты с сильной кристаллографич. анизотропией [3, 7].
В К, у, достигается коэф. усиления £~25≈35 дБ. Его нестабильность ~1≈2%, й-нестабильность фазы колебаний. =^1^С (применением спец. мер е╦ можно снизить до десятых и даже сотых долей градуса \tj\). Мощность входного сигнала, при к-рой величина G уменьшается на 3 дБ вследствие частичного насыщения квантового перехода на частоте сигнала, при усилении непрерывных сигналов порядка 10~⁷≈10~^й Вт.
Полоса усиления ≈ полоса частот Д/_ку, в пределах к-рой G отличается от максимального не больше чем на 3 дБ, при лореицсвой форме линии ЭПР гаири-н ой Д/;
рами (аналогично рис. 4). Каждый каскад содержит связанные резонаторы, заполненные активным пара-мат, кристаллом. Недостатком резонаторных К. у. является также сложность их перестройки. Резонаторные К. у. применяются на фиксир, частоте гл. обр. в дециметровом диапазоне, где создание К. у. бегущей
Вход
Выход
_J
Накачка
Типичное Д/_ку~20 ≈ 30 МГц. Для расширения* полосы ноле //изменяют вдоль кристалла, тем самым смещая частоту ЭПР по длине кристалла. При этом необходимо применять частотно модулированные генераторы, накачки, чтобы переход накачки был насыщен во вс╦м кристалле. Таким способом уда╦тся увеличить полосу К. у. до неск. сотен МГц на волнах короче неск. см. Диапазон перестройки центр, частоты превышает неск. ГГд.
Постоянное магн. поле созда╦тся электромагнитами или соленоидами со сверхпроводящими обмотками, охлаждаемыми до 4,2 К. Для охлаждения вс╦ устройство либо помещают в криастат, в к-рый периодически заливают жидкий Не (испаряющийся Но собирают и вновь сжижают в холодильной установке), либо используют холодильные машины замкнутого цикла, составляющие вместе с К. у. единое устройство [31.
К. у. с отраж╦нной волной. При А<2≈ 3 см требуемое замедление волны уменьшается. В этом случае используют замедление волны в самом диэлектрич. кристалле:
Рис, 4. Схема квантового усилителя с отраж╦нной волной; ФЦ ≈
ферритовые циркуляторы.
волны связано с трудностями, а такще в экспериментальных исследованиях в диапазоне X порядка мм.
Шумы К. у. обусловлены спонтанным излучением при самопроизвольных квантовых переходах с верх, магн. уровня на нижний и тепловым излучением диссипативных элементов К. у. Последнее уменьшается с понижением Т и- при Г=4,2 К весьма мало. Интенсивность спонтанного излучения тем меньше, чем ниже частота /, и в радиодиапазоно также невелика, но принципиально яти шумы неустранимы.
Шумы К. у, характеризуют шумовой температурой Т_т. Она численно равна темп-ре неотражающей нагрузки на входе К. у._т мощность теплового шума к-poi't равна мощности шумов К. у, (отнес╦нной к его входу). При расч╦те шумовой темп-ры К. у. используют теорию тепловых шумов обычных диссипативных электрич. цепей, обобщая ее на излучающую систему К. у, [2≈-4]. При этом роль темп-ры отрицат. сопротивления, эквивалентного этой системе, играет отрицат. спиновая темп-ра Т_$. Можно показать, что при h-f^kT и hf<kT_s:
ш
Т ^Г'ДБ ∙
G
Д6
+ Т
(е ≈ относит, диэлектрич. проницаемость кристалла). В этом случае активный кристалл взаимодействует как с прямой волной, так и с отраж╦нной от конца волновода. При атом длина кристалла_т необходимая длн получения требуемого коэф. усиления, сокращается вдвое. Входная и выходная волны разделяются с помощью ферритового цнркулятора ФЦ. Большое усиление получают, используя неск. каскадов, раздел╦нных цирку-ляторами (рис. 4).
Резонаторные К. у. Первыми К. у, были резонаторные усилители [2, 5]. Взаимодействие усиливаемой волны с активным парамагн. кристаллом осуществляется в объемном резонаторе, настроенном на частоту сигнала и накачки. Усиливаемая волна, многократно отражаясь от внутр. стенок резонатора, взаимодействует с активным веществом длительное время, чем и обусловлено большое усиление при сравнительно небольших размерах кристалла. Эфф. время взаимодействия пропорционально нагруженной добротности резонатора, в связи с чем при большой величине коэф. усиления полоса частот очень мала. Для улучшения характеристик использовались многорезонаторные схемы в виде EDCK. каскадов, раздел╦нных феррптовыми цирнулято-
Первый член суммы обусловлен спонтанным излучением, а второй ≈ тепловым излучением диссипативных элементов К. у. при темп-ре Т. Обычно, при 7=4,2 К Г_ш<4 К. Вследствие неизбежных потерь во входной линии полная шумовая темп-pa ^_Ш2>^ш-В др. крайнем случае A,/>fe7¹,_s (это условие выполняется при NI&NI, идеальный К. у.), миним. шумовая темп-ра идеального К, у. и вообще любого линейного усилителя при L^O и G>1 [2, 3, 8] равна
_тид_Л/ Jm -_Т.
Напр., при Я=3 см и G>1 7*5?» 0,5 К. В реальных К. у. Т_ш определяется в основном потерями во ьход-ной линии К. у. и составляет (в зависимости от К и устройства входной линии) 5≈15 К.
Применение. Для эффективного применения К. у. шумовая темп-pa фидерного тракта д. б. снижена до величины ~ Т_т. В связи с этим применяются малошумнщие антенны. К. у. используются в системах дальней космич. радиосвязи с автоматич. станциями, направляемыми к планетам Солнечной системы. Применение К. у. в радиоастрономии позволило получить ряд важных результатов (СССР, США, Швеция, ФРГ): открыто космич. реликтовое излучение_т проведена радиолокация планет Солнечной системы с Земли, обнаружен и исследован ряд спектральных линий кос-