HYPERFRÉQUENCES

Amplificateurs à faible bruit

Maser amplificateur

Le fonctionnement des masers est fondé sur la création d'un milieu amplifiant les micro-ondes qui le traversent. Ce milieu amplifiant est obtenu par le phénomène d'émission stimulée dans un système d'atomes dont les populations ont été inversées. L'énergie correspondant aux hyperfréquences par la relation E = hf est de l'ordre de 10^-5 eV. Pour trouver les états dont les énergies propres diffèrent de cet ordre de grandeur, il faut faire appel aux transitions entre les sous-niveaux de Zeeman des corps paramagnétiques produits par la présence d'un champ magnétique extérieur. Les corps utilisés sont tous obtenus par diffusion aléatoire d'un ion paramagnétique dans une matière monocristalline : alumine (saphir), émeraude, rutile, tungstate de calcium.

Deux techniques de réalisation des masers sont utilisées. Pour les masers à cavité, le milieu amplifiant est placé dans une cavité à micro-onde, ce qui a l'inconvénient de réduire la bande passante d'amplification. Pour réaliser les masers à ondes progressives, on allonge artificiellement le parcours de l'onde dans le matériau en utilisant des modes d'ondes lentes dans des structures où la vitesse de groupe de l'onde est réduite. On peut ainsi obtenir des bandes passantes de l'ordre de 50 MHz. Le maser qui a équipé les stations terminales d'Andover et de Pleumeur-Bodou, construit dans les années 1960 par les Bell Laboratories est représenté schématiquement sur la figure.

Maser à cavité
Encyclopædia Universalis France

Maser à ondes progressives : projet Telstar
Encyclopædia Universalis France

Les masers ne sont actuellement employés que pour les télécommunications spatiales, la détection spatiale et la radioastronomie, où ils sont concurrencés par les amplificateurs paramagnétiques à diode et par les amplificateurs à transistors à faible bruit. Pour d'autres applications, leur très faible température de bruit est souvent inutile, quand les bruits supplémentaires parasites captés par l'antenne sont très supérieurs à celui du récepteur ; c'est le cas de la plupart des radars, des systèmes de communications classiques et des radars militaires devant fonctionner en présence de brouillage. Leur bande passante est faible (moins de 1 p. 100), ce qui leur aliène les débouchés vers les radars agiles, la radiométrie à grande bande, les récepteurs d'écoute, etc. La structure propre des masers à cavité et à propagation d'onde est relativement simple et surtout extrêmement robuste, mais les appareils produisant le champ magnétique et le froid sont encombrants et de maintenance difficile. L'introduction des électro-aimants supraconducteurs a considérablement simplifié ce problème, et tous les masers modernes sont actuellement munis d'un tel dispositif, peu encombrant, sans consommation, stable, qui permet de donner au cryostat des formes minimisant ses pertes.

Amplificateur paramétrique

Un amplificateur paramétrique est constitué essentiellement par une réactance non linéaire C qui reçoit l'énergie à deux fréquences différentes : le signal à amplifier de fréquence f₁ et le signal de pompe, qui fournit l'énergie d'alimentation à l'amplificateur à la fréquence f_p.

Le fonctionnement de tels amplificateurs est caractérisé par un transfert d'énergie à la fréquence de pompe vers des signaux à autres fréquences (signal et idler ou bande latérale supérieure). J. M. Manley et H. E. Rowe (1956) ont fait l'étude théorique de ces échanges d'énergie. Leurs résultats sont résumés dans ces deux relations :

f₁ et f_p sont les fréquences des signaux appliqués à l'élément non linéaire ; mf₁ + nf_p sont les fréquences résultant de leurs battements (m et n entiers) ; W_mn représente l'énergie disponible dans le système à la fréquence mf₁ + nf_p.

Les relations précédentes mettent en évidence la possibilité de réaliser[...]

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Écrit par

Louis DUSSON : Ingénieur, chef d'affaires, division "systèmes, défense et contrôle", Thomson-CSF.

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Classification

. In Encyclopædia Universalis []. Disponible sur : (consulté le )

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. « ». Encyclopædia Universalis [en ligne], , (consulté le )

Médias

Magnétron à cavité

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Klystron à deux cavités

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Tube à ondes progressives

Encyclopædia Universalis France

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Autres références

BOOT HENRY ALBERT HOWARD (1917-1983)
- Écrit par Bernard PIRE
- 354 mots
Physicien britannique, inventeur du magnétron à cavité.
Fils d'un ingénieur électricien, Henry Albert Howard Boot, né le 29 juillet 1917 à Birmingham (Grande-Bretagne), fait ses études à l'université de cette ville et y soutient sa thèse de doctorat en 1941. Il est immédiatement engagé au département...
GRENATS
- Écrit par Gérard GUITARD, Ramanathan KRISHNAN
- 4 264 mots
- 11 médias
...magnétiques présentes. Au début, on a étudié des matériaux polycristallins, et vers 1959 les premiers monocristaux de YIG (Y₃Fe₅O₁₂) ont été obtenus. Depuis lors, une meilleure connaissance de la structure microscopique de ces composants et de leurs propriétés magnétiques a permis de les utiliser dans...
HYPERSONS
- Écrit par Pierre TOURNOIS
- 2 744 mots
- 3 médias
On appelle hypersons ou ondes hypersonores les ondes acoustiques ou élastiques cohérentes dont la fréquence est supérieure à 10⁹ Hz. La structure périodique de la matière et l'ordre de grandeur des dimensions atomiques limitent leur fréquence maximale possible aux environs de 10¹³ Hz....
MASER
- Écrit par Maurice ARDITI, Claude AUDOIN
- 2 300 mots
- 2 médias
Le mot « maser » (Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation) signifie amplification de micro-ondes par émission induite de rayonnement.
Les masers présentent un très grand intérêt historique. Celui à ammoniac, réalisé par Charles H. Townes et ses collaborateurs...

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