Двухлучевой параметрический усилитель

 

ДВУХЛУЧЕВОЙ ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ УСИЛИТЕЛЬ, содержащий две эМёктfE2HHi ie пушки, последовательно расположенные систему снижения шумов. входной резонатор, резонатор накачки , выходной резонатор и коллекторный узел, при этом резонаторы имеют пролетные отверстия, соосные обеим электронным пушкам, отличающ и и с я тем, что, с целью сниже-ния уровня собственных, шумов усйли . теля, система снижения шумов выполнена в виде двух независимых резонаторов , связанных с двумя согласованными нагрузками через ЗдВ-направленный ответвитель, соосных электронным пушкам и имеюьд1Х пролетные отверстия.

СОЮЭ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

3(59 01 Ю 25/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ5

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ffnrrovea

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3433579/18-21 (22) 28.04.82 (46) 15.12,83. Вюл. Р 46 (72) В.A. Ванке и, В.Л. Саввин (71) ИГУ им. М.В. Ломоносова (5 ) 621.385.6(088 ° 8)(5á) 1. Патент США Р 3449678, кл, 330-4,7, 1969 °

2. Патент США Р 3275943 кл. 330-4.7, 1966 (прототип).: (54)(57) ДВУХЛУЧЕВОЙ НАРАМЕТРНАЕСКИИ УСИЛИ1ЕЛЬ содержащий две электц онниые пушки, последовательно расположенные систему снижения шумов, „„80„„1061189 А входной резонатор, резонатор накачки, выходной резонатор и коллекторный узел, при этом резонаторы имеют пролетные отверстия, соосные обеим электронным пушкам, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью сниже-ния уровня собственных шумов усили. теля, система снижения шумов выполнена в виде двух независимых резонаторов, связанных с двумя согласованными нагрузками через ЗдВ-направленный ответвитель, соосных электронным пушкам и имеющих пролетные отверстия.

10Ы189

Изобретение относится к радиоэлектронике, в частности в двухлучевым параметрическим усилителям, и может быть применено в радиолокации, радиоастрономии и во всех радиотехнических системах, входной усилитель которых должен обладать низким уровнем собственных шумов, широким динамическим диапазоном и способностью выдерживать интенсивные перегрузки по уровню входного сигнала.

Известен электронно-лучевой параметрический усилитель, выполненный

s виде входного резонатора с поперечным полем,квадрупольной эоны усиления и выходного резонатора с поперечным полем, пронизываемых электронным потоком, дрейфующим в однородном магнитном поле. На таких усилителях, получивших в литературе название ламп Адлера, достигнуты рекордные для вакуумных приборов значения коэффициента шума — менее 1,2 Г1 ).

Однако зти параметрические усилители работают в вырожденном режиме, когда колебания (волна) на разностной частоте попадает в рабочую полосу прибора. Это приводит, в частности, к тому, что шумы, поступающие иэ антенны (источника сигнала) на разностной частОте, в процессе параметрического усиле- ния попадают в канал сигнала и существенно (вдвое) увеличивают реальный уровень собственных шумов приемного устройства в целом.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является двухлучевой параметрический, усилитель, содержащий два электронные пушки, систему снижения шумов, вход-. ной резонатор, резонатор накачки, выходной резонатор и коллекторный узел. При этом все резонаторы имеют пролетные отверстия, соосные электронным пушкам (2 7.

Резонаторы системы снижения шумов имеют противофазные плоские электрические поля, действующие на потоки. Входной резонатор имеет синфаэные электрические поля и синфазно вводит в потоки усиливаемый сигнал. В резонаторе накачки электронные потоки проходят через противофаэные квадрупольные ноля. Выходной .резонатор осуществляет синфазную демодуляцию циклотронных волн в электронных потоках.

Такой двухлучевой усилитель обеспечивает подавление шумов разностного канала, поступающих из антенны (источника сигнала), но соответствующий анализ показывает, что уровень его внутренних (собственных) шумов оказывается высок. физическая причина этого проста - шумы согласованной нагрузки первого резонатора (c противофазными полями) на раэностной частоте вводятся в виде быстрых циклотронных вОлн в электронные потоки, причем вводятся прфтивофазно, и поэтому не взаимодействуют с синфазными полями второго (входного) резонатора, а за счет усиления B лротивофазных квадруполь ных полях приводят к появлению.

10 двух уже синфазных и на частоте си. нала циклотронных волн, шумы которых и попадают на выход усилителя.

За счет этого минимальное значе15 ние коэффициента шума двухлучевого усилителя Адлера равно, Т„ .(+ мин где Т вЂ” температура согласованной нагрузки первого резонатора с противофазными полями;

То =293 К °

При комнатной температуре, когда

Т = Т, коэффициент шУма достаточно

Н высок;

Именно поэтому двухлучевые пара метрические усилители Адлера до настоящего времени не. нашли технического применения. цель изобретения - снижение уровня собственных (внутренних) шумов усилителя.

Укаэанная цель достигается тем, что в двухлучевом параметрическом усилителе, содержащем две электронные пушки, последовательно расположенные систему снижения шумов, входной резонатор, резонатор накачки, выходной резонатор и коллекторный

40 узел, при этом резонаторы имеют пролетные отверстия, соосные обеим электронным пушкам, система снижения шумов выполнена в виде двух независимых резонаторов, связанных с двумя согласованными нагрузками через

3 дБ-направленный ответвитель, соосных электронным пушкам и имеющих пролетные отверстия.

На чертеже изображен двухлучевой

50 параметрический усилитель °

Двухлучевой параметрический усилитель состоит из двух электронных пушек 1 и 2, системы снижения шумов в виде двух независимых резонаторов

3 и 4, связанных через 3 дБ-направленный ответвитель 5 с двумя согласованными нагрузками б, и 7, находящимися при Комнатной температуре То, входного резонатора 8 с синфазными пслями, резонатора 9 накачки с про60 тивофазными квадрупольными полями, выходного резонатора 10 с синфаэными полями и коллекторного узла 11.

Входной сигнал поступает в резонатор 8, вводится в виде быстрых циклотронных волн в электронные по1061189

Составитель В. Черепенин

Редактор Н. Киштулинец Техред И.Надь Корректор Л Патай

Заказ 10051/54 Тираж 703 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35 Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 токи затем в кнадрупольных полях

Резонатора 9 за счет энергии внешнего источника накачки происходит экспоненциальный вдоль квадрупольной области рост амплитуд этих волн и, наконец, в выходном резонаторе 10 усиленный сигнал извлекается из пучков и поступает на выход усилителя.

По отношению к сигналу и шумам, поступающим со стороны нхода (aHтенны), принцип подавления раэностных волн здесь тот же, что и в прототипе, т.е,. Разностные волны от этих сигналов, рожденные в процессе параметрического усиления, оказываются эа счет идентичности и противофазности квадрупольных по лей, действующих на потоки, равными ло амплитуде, но противоположными по фазе, поэтому, компенсируя друг друга, они не взаимодействуют с выходным резонатором, остаются в потоках и уходят на коллектор.

Однако механизм формирования

„низкого уровня собственных шумов здесь уже существенно йной, В электронных потоках, эмитируемых двумя независимыми электронными пушками, шумовые быстрые циклотронные волны на сигнальной и разностной частотах полностью демодулируются н резо-, наторах 3 и 4, а шумовая мощность этих волн рассеивается на согласованных нагрузках G и 7. При этом существенно, что резонаторы связаны через направленный ответвитель

5 и, следовательно, шумы первого потока в процессе демодуляциц не " попадают во второй поток и наоборот. Шумовые колебания, постУпающие от каждой из согласованных нагрузок ,б и 7, расщепляются поровку в каналах направленного ответнителя и синфазно вводятся в электронные потоки. Таким образом, на выходе из системы резонаторов 3 и 4 быстрые циклотронные волны сигнальной и раз .— „ностной частот в каждом из двух электронных потокон являются шумовы ми, но оказываются полностью коррелированными (равными по амплитуде и фаэе) . Такие колебания уже полностью демодулируются (ныводятся) из потоков во входном резонаторе 8 и, следовательно, н отличие от прототипа здесь отсутствуют фундаментальные ограничения снизу на уровень собственных шумов двухлучевого усилителя.

Таким образом, для предлагаемого варианта двухлучевого параметрического усилителя вне зависимости от

10 температуры, при которой находятся согласованные нагрузки б и 7,F „q = 1.

При технически разумных требованиях к параметрам направленного отзетвителя (развязка между каналами

15 25-30 дБ, точность расщепления мощности в каналах ответнителя +0,3 дБ, точность выполнения фазовых соотношений <10, активные потери не более 0,5 дБ). и характерных значениях отношения собственной добротности к нагруженной (без потока) для

Резонаторов 3, 4, 8 (более 30-50) уровень внутренних шумов двухлучевого усилителя оказывается весьма низким и не превосходит 10-30 К,что соответствует реальным значениям коэффициента шума равным 1,03-1,1.

Если учесть, что низкий уровень собственных шумон достигается здесь беэ криогенного термостатиронания, а глубокое подавление разностного .канала обеспечивается при низкой (двукратной) частоте накачки и, кроме того, сохраняются все основные преимущества входных параметрических усилителей на циKлотронных волнах (широкий и безупречнолинейный динамический диапазон)(до 10 3 -10 Вт), высокая фаэовая стабильность, спо40 собность выдерживать мощные импульсные (до 200-500 кВт) и.длительные (до 0,5-1 кВт) перегрузки по уровню входного сигнала, малое время восстановления после таких перегрузок (no45 рядка 10 Э) и глубокую (более 200 дБ) развязку — защиту последующих каскадов приемника при таких перегрузках), достоинства двухлучевого параметрического усилителя становятся очевидными.