СВЧ ЭЛЕКТРОНИКА

Область электроники, охватывающая проблемы создания и применения электронных приборов, предназначенных для работы в диапазоне СВЧ частот (условно от 300 МГц до 3000 ГГц). При приближении к СВЧ диапазону работа многих генераторных, усилит., преобра-зоват. и др. электронных вакуумных приборов с сеточным /правлением становится практически невозможной вследствие соизмеримости периода колебаний с временем пролёта электронов в межэлектродном пространстве (см. Электронов угол пролёта). Ухудшение работы электронных приборов при значит, повышении частоты обусловлено также влиянием индуктивностей и ёмкостей электродов и вводов, соизмеримостью линейных размеров прибора и его внеш. электрич. цепи с рабочей длиной волны.

Преодоление этих трудностей определило становление СВЧ э. как науки. В основу большинства совр. электронных СВЧ приборов положены принципы взаимодействия носителей заряда (главным образом электронов) с электро-магн. СВЧ полями. Важную роль в работе существующих и вновь создаваемых СВЧ приборов играют явления группирования электронов и наведения тока во внеш. цепях при движении носителей заряда, а также принципы отбора кинетич. или потенциальной энергии от электронных потоков. Решение проблем СВЧ э. требует органич. слияния электронного прибора с электродинамич. устройствами - резонаторами, замедляющими системами и др. элементами СВЧ цепей (органами настройки, вводами и выводами энергии и др.).

Доминирующее положение в СВЧ э. занимают приборы вакуумной и твердотельной (главным образом полупроводниковой) электроники, обеспечивающие все осн. ф-ции генерирования, усиления и преобразования СВЧ колебаний. Существует также класс газоразрядных СВЧ приборов, используемых в основном для целей коммутации и управления СВЧ колебаниями. Приборы квантовой электроники применяются в СВЧ диапазоне главным образом в качестве высокостабильных стандартов частоты и сверхмалошумящих усилителей слабых сигналов (см. Квантовый стандарт частоты, Парамагнитный квантовый усилитель).

Развитие СВЧ э. началось в 20-х гг. 20 в., когда возникла потребность в значит, повышении частоты используемых в радиотехнике волн для получения высокой направленности излучения и увеличения числа каналов связи. Решающим стимулом к проведению широкомасштабных исследований и разработок в области СВЧ э. явилось развитие радиолокации в годы, предшествовавшие 2-й мировой войне, и в последующий период. На основе достижений физической электроники были разработаны принципы динамич. управления и фазовой фокусировки электронных потоков, позволившие преодолеть недостатки электро-статич. сеточного управления на частотах св. 3 ГГц.

Важный этап развития СВЧ э. связан с изобретением и разработкой в 1937-40 СВЧ триодов, органически сочленяемых с внеш. объёмными резонансными системами, а также пролётных и отражат. клистронов - усилит, и генераторных приборов со скоростной модуляцией электронного потока. В те же годы были созданы резонаторные магнетроны - генераторы, в которых взаимодействие электронов с СВЧ полем происходит в скрещенных постоянных электрич. и маги, полях (см. также Магнетронного типа приборы). В сер. 40-х гг. были разработаны лампы бегущей волны - усилит, приборы, использующие длит, взаимодействие электронного потока с полем волны, распространяющейся в нерезонансной замедляющей системе (см. Синхронизм электронов и волн).

Клистроны, магнетроны и ЛБВ, оставаясь до наст, времени (нач. 90-х гг.) осн. приборами вакуумной СВЧ э., обеспечивают получение в сантиметровом диапазоне длин волн ср. мощностей до 1 МВт и импульсных мощностей вплоть до сотен МВт при высоких значениях кпд, широкой полосе рабочих частот и высокой стабильности частоты и фазы колебаний. Дальнейшее развитие вакуумной СВЧ э. привело к появлению большого числа конструктивно новых решений: ламп обратной волны, позволивших реализовать широкий (до октавы) диапазон электронной настройки генераторов и усилителей малой мощности; амплитронов - мощных усилителей со скрещенными пост, электрич. и магн. полями; многолучевых клистронов; электронно-лучевых параметрич. электростатич. усилителей, обеспечивающих весьма низкий уровень собств. шумов приёмных СВЧ устр-в, и др.

Твердотельные СВЧ приборы вплоть до 50-х гг. были представлены в основном лишь детекторными и смесительными полупроводниковыми диодами, в которых использовались малоинерционные свойства электронно-дырочного перехода. Эти диоды до наст, времени широко применяются в контрольно-измерит. аппаратуре и во входных цепях приёмных СВЧ устр-в. Существенным этапом явилось открытие в 1959 лавинно-пролётных диодов (ЛПД), а в 1963 - диодов с междолинным переходом электронов (МПД). Большинство физ. принципов, положенных в основу вакуумной СВЧ э., оказалось возможным распространить на твердотельные СВЧ приборы. Создание ЛПД и МПД позволило впервые осуществить и широко использовать твердотельные СВЧ генераторы и усилители малой мощности, приближающиеся по своим параметрам и характеристикам к отражат. клистронам. На основе ПП диодов с нелинейной ёмкостью в 50-60-х гг. были разработаны также параметрич. усилители, не уступающие по уровню шума наиболее совершенным ЛБВ (см. Параметрический СвЧ диод).

Совершенствование транзисторов в 70-80-х гг. привело к дальнейшему прогрессу твердотельной СВЧ э.: транзисторные генераторы и усилители способны работать в КР участке сантиметрового диапазона, их мощность в этом диапазоне составляет десятки Вт (кон. 80-х гг.) и имеет тенденции к дальнейшему росту. Особые успехи достигнуты в снижении коэф. шума усилителей на полевых транзисторах, что позволяет всё шире использовать их во входных цепях приёмных устр-в. Разработаны также полупроводниковые СВЧ устройства на основе переключательных СВЧ диодов и ограничительных диодов, обеспечивающие защиту входа приёмника излучения и управление фазой и мощностью генерируемых электро-магн. колебаний.

Copyright © 2002 - 2017 Ravnopravie.kharkov.ua. All Rights Reserved.