Наибольшее распространение получили двухчастотные (или двухконтурные) П. у.: в сантиметровом диапазоне — регенеративные «отражательные усилители с сохранением частоты» (рис. , а), на дециметровых волнах — усилители — преобразователи частоты (рис. , б) (см. Параметрическое возбуждение и усиление электрических колебаний ). В качестве приёмного колебательного контура и колебательного контура, настраиваемого на вспомогательную, или «холостую», частоту (равную чаще всего разности или сумме частот сигнала и генератора накачки), в П. у. обычно используют объёмные резонаторы , внутри которых располагают ППД. В генераторах накачки применяют лавинно-пролётный полупроводниковый диод , Ганна диод , варактор
ный умножитель частоты и реже отражательный клистрон . Частота накачки и «холостая» частота выбираются в большинстве случаев близкими к критической частоте f kp ППД (т. е. к частоте, на которой П. у. перестаёт усиливать); при этом частота сигнала должна быть значительно меньшей f kp . Для получения минимальных шумовых температур (10—20 К и менее) применяют П. у., охлаждаемые до температур жидкого азота (77 К), жидкого гелия (4,2 К) или промежуточных (обычно 15—20 К); у неохлаждаемых П. у. шумовая температура 50—100 К и более. Максимально достижимые коэффициент усиления и полоса пропускания П. у. определяются в основном параметрами реактивного элемента. Реализованы П. у. с коэффициентами усиления мощности принимаемого сигнала, равными 10—30 дб, и полосами пропускания, составляющими 10—20% несущей частоты сигнала.
Лит.: Эткин В. С., Гершензон Е. М., Параметрические системы СВЧ на полупроводниковых диодах, М.. 1964; Лопухин В. М., Рошаль А. С., Электроннолучевые параметрические усилители, М., 1968; СВЧ — полупроводниковые приборы и их применение, пер. с англ., М., 1972; Копылова К. Ф., Терпугов Н. В., Параметрические емкостные усилители низких частот, М., 1973; Penfield P., Rafuse R., Varactor applications, Camb. (Mass.), 1962.
В. С. Эткин.
Эквивалентные схемы параметрических усилителей: а — регенеративного; б — «с преобразованием частоты вверх»; uвх — входной сигнал с несущей частотой fc , uн — напряжение «накачки»; uвых1 — выходной сигнал с несущей частотой fc ; uвых2 — выходной сигнал с несущей частотой (fc + fн ); Tp1 — входной трансформатор; Тр2 — выходной трансформатор; Тр2 — трансформатор в цепи «накачки»; Д — параметрический полупроводниковый диод; L — катушка индуктивности колебательного контура, настроенного на частоту (fc + fн ); Фс , Фсн , Фн — электрические фильтры, имеющие малое полное сопротивление соответственно при частотах fc , (fc + fн ), fн и достаточно большое при всех других частотах.
Параметрическое бурение
Параметри'ческое буре'ние, проведение скважин в нефтегазоносных областях с целью получения геолого-геофизических параметров, необходимых для разведки. П. б.— составная часть первой стадии поискового этапа. Выбор места заложения скважин производится по данным региональных геолого-геофизических исследований. Глубина скважин обычно составляет 3—5 км , иногда свыше 7 км . Проходка скважин с отбором керна составляет 10—20% от общей их глубины. По керну определяют физические параметры (отражающие, преломляющие, плотностные, электрические, магнитные, акустические и др. свойства), литологический состав горных пород, уточняют стратиграфические границы и т.д.
В результате П. б. и всех др. региональных исследований выявляются особенности геологического строения земной коры и зоны, благоприятные для скопления нефти, газа и других полезных ископаемых, а также определяются основные направления их поисков. См. также Бурение .
Параметрическое возбуждение и усиление электрических колебаний
Параметри'ческое возбужде'ние и усиле'ние электри'ческих колеба'ний, метод возбуждения и усиления электромагнитных колебаний, в котором усиление мощности происходит за счёт энергии, затрачиваемой на периодическое изменение величины реактивного параметра (индуктивности L или ёмкости С ) колебательной системы. На возможность использования параметрических явлений для усиления и генерации электрических колебаний впервые указали Л. И. Мандельштам и Н. Д. Папалекси , однако практическое применение параметрический метод нашёл лишь в 50-е гг. 20 в., когда были созданы параметрические полупроводниковые диоды с управляемой ёмкостью и разработаны малошумящие параметрические усилители СВЧ.
Рассмотрим принцип параметрического усиления и генерации на примере простейшей системы — колебательного контура , состоящего из постоянных сопротивления R, индуктивности L и ёмкости С , которая периодически изменяется во времени (рис. 1 ). При резонансе (, где wс — частота усиливаемого сигнала, w0 — собственная частота контура) заряд q на обкладках конденсатора изменяется по закону:
q = q 0 sinwc t = CQE 0 sinwc t. (1)
Здесь E0 — амплитуда сигнала, — добротность контура. Электростатическая энергия W, запасаемая в конденсаторе, равна:
W = (q 2 /2C ) = (q 2 0 /4C ) (1-cos 2wc t ). (2)
Из (2) видно, что W изменяется с частотой, равной удвоенной частоте сигнала. Если в момент, когда q = q 0 , ёмкость конденсатора С скачком изменить на DС (например, раздвинуть пластины конденсатора), то заряд q не успеет измениться, а энергия W изменится на величину (если DС/С << 1):
DW = -W DC/C . (3)
Отсюда следует, что результирующее увеличение энергии в контуре при периодическом изменении С максимально, если уменьшать ёмкость в моменты, когда q максимально, а возвращать величину емкости к исходному значению при q = 0. Это означает, что если изменять С с частотой wн = 2wс и с определённой фазой (рис. 2 ), то устройство, изменяющее С , как бы «накачивает энергию» в контур дважды за период колебаний. Если, наоборот, увеличивать С в моменты минимальных значений q, то колебания в контуре будут ослабляться. В более общем виде условие эффективной накачки имеет вид: wн = 2wс /n, где n = 1, 2, 3,... и т.д. При n = 1 С изменяется каждые четверть периода сигнала (Т с /4), при бо'льших n— через время, равное nT c / 2.
Простейший одноконтурный параметрический усилитель обычно представляет собой колебательную систему, где ёмкость С изменяется в результате воздействия гармонического напряжения от генератора накачки на полупроводниковый параметрический диод, ёмкость которого зависит от величины приложенного к нему напряжения. Конструктивно параметрический усилитель СВЧ представляет собой «волноводный крест» (рис. 3 ); по одному из волноводов (см. Радиоволновод ) распространяется. усиливаемый сигнал, по другому — сигнал накачки. В пересечении волноводов помещается параметрический диод. Коэффициент усиления по мощности приближённо равен:
, (4)
где m = (С макс — С мин )/(С макс + С мин ) называется глубиной изменения ёмкости. При (m/ 2) Q ® 1 коэффициент усиления неограниченно растет, при (m /2) Q ³ 1 система превращается в параметрический генератор (см. Параметрическое возбуждение колебаний ). Основной недостаток одноконтурного параметрического усилителя — зависимость К ус от соотношения между фазами усиливаемого сигнала и сигнала накачки.
Этого недостатка нет у параметрических усилителей, содержащих два контура и больше (рис. 4 ). В двухконтурном параметрическом усилителе частота и фаза колебаний во втором («холостом») контуре автоматически устанавливаются так, чтобы удовлетворить условиям эффективной накачки энергии. Если холостой контур настроен на частоту (w2 = wн — wс , то энергия накачки расходуется на усиление колебаний в обоих контурах. В этом случае K ~ и при усилитель превращается в генератор. Такой усилитель называется регенеративным. Если усиленный сигнал снимается со второго контура регенеративного усилителя, то усилитель является также и преобразователем частоты. При w2 = wн + wс вся энергия накачки и энергия, накопленная в сигнальном контуре, переходят в энергию колебаний суммарной частоты wн + wс . Такой параметрический усилитель называется нерегенеративным усилителем-преобразователем. Он устойчив при любом m и имеет широкую полосу пропускания, но обладает малым К ус .
