Стр.1-51 (1152177), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Большую роль в этом играет применение диапазона СВЧ в радиолокации, связи и других областях науки и техники. Вместе с тем существуют обстоятельства, принципиально отличаюшне электронику СВЧ от «обычной» (низкочастотной) электроники. Эти обстоятельства связаны прежде всего со специфическими свойствами диапазона сверхвысоких частот, рассмотренными в [1[. Первым важным физическим фактором, характеризующим электронику СВЧ, является соизмеримость периода колебаний со временем пролета электронов между электродами электронного прибора. Это время имеет в обычных лампах величину порядка 10 « — 10 — » сек. Следовательно, уже при частотах 10« — 10» гц, т.
е. вдиапазонах метровых и дециметровых волн, время пролета оказывается приблизительно равным периоду колебаний. В диапазонах сантиметровых и миллиметровых волн время пролета может превышать период колебаний на порядок и более. Электронный прибор на сверхвысоких частотах перестает быть своеобразным «безынерционным реле», каким ои по существу является в классической низкочастотной электронике. Инерция электронов резко нарушает или затрудняет детектирование, усиление и генерирование колебаний и другие функции, которые успешно выполняются электровакуумными приборами на сравнительно низких частотах. Второе основное затруднение в электронике при повышении рабочей частоты носит «схемный» характер. Для повышения резонансной частоты любой колебательной цепи необходимо уменьшать ее индуктивности и емкости. В результате этого уже на волнах метрового диапазона индуктивности вводов лампы и лыждуэлектродные емкости оказываются соизмеримыми с параметрами внешней цепи.
Дальнейшее укорочение рабочей длины волны требует соответственного уменьшения внутрнламповых индуктивностей и емкостей. Трудности возрастают ввиду того, что длина волны становипгся соизмеримой с геометрическими раз»«ералис внешней цепи, а также с размерами электродов н вводов самой лампы. «Классическое» устройство электронной лампы рассчитано на то, что она включается в элек- трическую цепь с сосредоточенными постоянными. Принципиальные недостатки, присущие таким цепям, требуют пересмотра путей конструирования электронных приборов при переходе к дециметровому и особенно к сантиметровому и миллиметровому диапазонам волн. Одним из путей преодоления отмеченных затруднений является миниатюризация или микроминиатюризация ламп — сокращение междуэлектродных расстояний и уменьшение геометрических размеров электродов и вводов.
При этом, с одной стороны, удается уменьшить время пролета электронов между электродами прибора. С другой стороны, миниатюризация позволяет уменьшить внутрилампсвые индуктивности и емкости, а также ослабить излучение из контура, составной частью которого является электронная лампа. Уменьшения индуктивностей можно достичь также путем использования вводов, выполненных в виде металлических дисков или цилиндров. В результате миниатюризации и выбора более рациональной конструкции удается, не меняя принципов действия ламп, создавать приборы малой мощности, способные работать вплоть до сантиметрового диапазона длин волн.
Это направление не исчерпано полностью до настоящего времени. Тем не менее, для продвижения маломощных электронных приборов в область волн короче 2 — 3 сн и для получения во всем диапазоне СВЧ больших мощностей необходимо коренное изменение принципов работы сверхвысокочастотных приборов. В электровакуумных приборах СВЧ тесно переплелись физические проблемы, обусловленные инерцией электронов, с не менее важными и принципиальными проблемами электродинамики колебательных систем СВЧ.
Специфические особенности техники СВЧ привели к тому, что современный сверхвысокочастотный электровакуумный прибор, как правило, включает в себя всю колебательную систему и другие элементы, функции которых относились ранее к классической радиотехнике. Раздельное рассмотрение «лампы» как таковой и «цепи» или «схемы», существующей независимо и обособленно от «лампы», на сверхвысоких частотах оказывается совершенно неприемлемым. Поэтому разработка приборов СВЧ требует знаний не только в области физической электроники и электровакуумной технологии, но и в области волноводов, полых резонаторов и других элементов техники сверхвысоких частот. 5 Ь2. РАЗВИТИЕ МЕТОДОВ ГЕНЕРИРОВАНИЯ И УСИЛЕНИЯ КОЛЕБАНИЙ СВЧ Генерирование и усиление колебаний — основная проблема при освоении всякого нового диапазона частот.
Принципиальные трудности, существующие в диапазоне СВЧ, придают вопросу генерирования и усиления первостепенное значение. По существу история электроники СВЧ сводится в основном к истории развития методов генерирования и усиления колебаний. Некоторое внимание уделялось и другим задачам нелинейных преобразований (детектирование, модуляция и др.). Тем не менее, проблема генерирования и усиления до настоящего времени остается основным стержнем электроники СВЧ Наибольший интерес для современной радиоэлектроники представляют коггргнпиемг колебания. Понятие когерентности в диапазоне СВЧ в своей основе не отличается от общепринятого определения, известного из физики. Когерентность — согласованное протекание во времени и в пространстве нескольких процессов.
Когерентными являются два колебания, которые за время, достаточное для наблюдений, имеют постоянную разность фаз и, следовательно, одинаковые ча стоты. В качестве меры когерентности можно рассматривать, например, длину коггргнтности — максимальную разность хода двух сигналов, расщепленных от одного и того же генератора, при которой возможна их интерференция. Идеально когерентный источник генерирует незатухающие колебания неизменной частоты и характеризуется бесконечно большой длиной когерентностие.
Существуют и другие способы количественной оценки степени когерентности колебаний. Основным путем генерирования когерентных СВЧ колебаний является применение потоков свободных электронов, двигающихся в высоком вакууме. Газоразрядные приборы до сих пор не нашли широкого применения в этой области радиоэлектроники, за исключением коммутации передающих линий и генерирования шумовых (некогерентных) колебаний. До середины 3)-х годов разработки и исследования электронных приборов СВЧ носили в основном лабораторный характер. Крутой подъем в электронике сверхвысоких частот был ознаменован созданием нескольких принципиально новых типов приборов: клистропов, магнгтроног и — несколько позднее — ламп бегущей и обратной волны.
Большие успехи были достигнуты и в развитии более обычных типов электронных приборов СВЧ вЂ” триодов и тетродов. Значительная роль в создании этих приборов принадлежала советским ученым: Н. Д. Девяткову, М. С. Нейману, С. Д. Гвоздоверу, В. Ф. Коваленко, М. Т. Греховой, Ю. А. Кацману, С. А. Зусмановскому и др. Быстрое развитие приборов СВЧ продолжается и сейчас. Непрерывно увеличивается количество типов принципиально различных электронных приборов.
Резко повышаются требования к мощности генерируемых колебаний, стабильности частоты и другим параметрам генераторов и усилителей. Непрерывно расширяется круг применений СВЧ генераторов и усилителей. Помимо радиолокации и связи, эти приборы применяются сейчас в телевидении, радиоуправлении, промышленной электронике, атомной технике, радиоспектроскопии, радиоастрономии, медицине и ряде других отраслей науки и техники. Особенно широкие перспективы перед электроникой СВЧ открывает освоение космического пространства. Исследования в областях молекулярной физики и физики твердого тела показали, что приборы, использующие движение свободных элек- ' В случае обычных (некогерентных) источников света алина когерентностн не иревыаает 1 — 3 м.
тронов в вакууме, не являются единственно возможными источниками сверхвысокочастотных колебаний. В результате работ советских у;еных В. А. Фабриканта, А. М. Прохорова и Н. Г. Басова, а также ряда зарубежных ученых созданы и находят все более широкое применение квантовые генераторы и усилители, работающие на дискретных частотах атомных н молекулярных энергетических переходов.
Большие успехи достигнуты в области параметрических усилителей, использующих полупроводниковые диоды с нелинейной емкостью. Разработаны и продолжают совершенствоваться полупроводниковые транзисторы, способные работать в дециметровом и даже сантиметровом диапазонах волн. Наконец, созданы и быстро совершенствуются маломощные генераторы и усилители СВЧ колебаний, использующие отрицательное сопротивление некоторых типов полупроводниковых диодов. Уже один перечень достижений в области «невакуумных», или «не- электронных», приборов СВЧ указывает на возникновение нескольких новых самостоятельных научно-технических направлений.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
