Gama de ultra-înaltă frecvență - Collier Enciclopedia - Enciclopedia & Dicționar

Fig. 1. magnetronul (o secționată parțială prezentând structura internă). Este un tub cu vid doi electrozi care generează radiații cu microunde datorită mișcării electronilor sub acțiunea câmpurilor magnetice și electrice reciproc perpendiculare. Folosit ca un cuptor cu microunde generatoare de lămpi de radio și emițătoare radar. 1 - catod; 2 - încălzitor conduce curent; 3 - structura anodică; 4 - cavități; 5 - buclă de ieșire; 6 - cablu coaxial.

Magnetroane pot fi făcute de mari dimensiuni, iar apoi acestea dau un puternic impulsuri de microunde de energie. Dar magnetron are dezavantajele sale. De exemplu, rezonatoare pentru frecvențe foarte înalte sunt atât de mici încât sunt dificil de fabricat și magnetron, astfel, din cauza dimensiunii lor mici, nu poate fi suficient de puternic. Mai mult, este nevoie de magnetron pentru magnet grele, în care masa dorită a magnetului crește cu puterea dispozitivului. Prin urmare, puternice magnetroane nu sunt potrivite pentru aeronave la bord.
Clistron. Pentru a face acest lucru, alte dispozitive electronice, bazate pe un principiu ușor diferit, nu are nevoie de un câmp magnetic exterior. Clistron (fig. 2), electronii se deplasează într-o linie dreaptă de la catod la placa despărțitoare, iar apoi din nou. Astfel, acestea traversează cavitatea deschise decalaj în formă de gogoașă. Plasa grila de control și rezonatorul sunt grupate în electroni individuale „cheaguri“, astfel încât electronii traversează rezonator decalaj numai în anumite perioade. Golurile dintre fascicule aliniate cu frecvența de rezonanță a rezonatorului, astfel încât energia cinetică a electronilor rezonator transmise, prin care electromagnetice puternice oscilații stabilite în acesta. Acest proces poate fi comparat cu leagănă ritmic al leagăn fixe originale.

Fig. 2. clistron tub vid tip reflecție. Acesta este utilizat în tehnologia cu microunde. Periodic varierea câmpuri electrice, electronii sunt grupate în „clustere“. Fasciculul de electroni este modulat de viteză, intră în cavitatea, unde determină generarea sau accesoriu. 1 - catod; 2 - cavitate; 3 - reflectând placă; 4 - grila rezonator; 5 - buclă de ieșire; 6 - grila de control.

Primele dispozitive clistron au fost destul de scăzut de putere, dar s-au despartit mai târziu, toate înregistrările magnetroane ca generatoarele de microunde de mare putere. clistroane au fost create prezintă 10 Mill. watt per impuls și până la 100 mii. wați în modul continuu. Sistemul de cercetare clistroane accelerator liniar de particule 50 de ieșiri Mill. Puls putere watt microunde. Clistroane pot opera la frecvențe de până la 120 de miliarde de hertzi .; Cu toate acestea, în timp ce producția lor este de obicei mai mică de un watt. Structura dezvoltat variante clistron proiectat pentru o putere mare de ieșire în intervalul milimetru. Clistron poate servi și ca amplificatoare ale semnalelor de microunde. Pentru aceasta, semnalul de intrare este furnizat plasa cavitatea rezonatorului și apoi densitatea fasciculele de electroni variază în conformitate cu acest semnal.
Un tub cu undă (TWT). Un alt tub cu vid pentru generarea și amplificarea undelor electromagnetice ale benzii de microunde - un tub cu undă. Este un tub subtire evacuat inserat în bobina magnetică de focalizare. În interiorul tubului există o spirala lent-sârmă. De-a lungul axei elicei trece fasciculul de electroni, iar unda de semnal amplificat rulează la helix. Diametrul, lungimea și înălțimea elicei, iar viteza de electroni sunt selectate astfel încât electronii sunt date la o parte din energia cinetică a undei de deplasare. Undele radio calatoresc la viteza luminii, în timp ce viteza de electronii din fasciculul este mult mai mică. Cu toate acestea, din moment ce semnalul de microunde este forțat să urmeze helix, viteza de avansare sale de-a lungul axei tubului aproape de viteza fascicul de electroni. Prin urmare, valul de călătorie suficient de lung pentru a interacționa cu electronii și amplificat prin absorbția energiei lor. În cazul în care lampa este furnizat un semnal extern, apoi se amplifică zgomotul electric aleatoriu pe o anumită frecvență de rezonanță și TWT funcționează ca un val de deplasare oscilator cu microunde, nu de putere. Puterea de ieșire a TWT este semnificativ mai mică decât cea a magnetroane și clistroane la aceeași frecvență. Cu toate acestea, TWT poate fi amplasat într-o gamă de frecvențe extrem de largă și poate servi ca un foarte sensibile amplificatoare de zgomot redus. Această combinație de proprietăți face dispozitivul foarte valoros tehnologia cu microunde TWT.
tranzistori de aspirare plat. Deși clistroane și magnetroane sunt mai preferate ca generatoarele de microunde, datorită îmbunătățirilor aduse un anumit grad de vid restaurat triode rol important, mai ales ca amplificatoare la frecvențe de până la 3 miliarde. Hertz. Dificultățile asociate cu trecerea timpului, sunt eliminate datorită distanțelor foarte mici între electrozi. Nedorit capacitate interelectrodic sunt reduse la minimum, deoarece electrozii sunt ochiurilor de plasă și toate conexiunile externe sunt realizate pe inele mari, care sunt în afara lămpii. Așa cum obișnuiește în arta cu microunde, rezonatorul cavitatea utilizată. Rezonator acoperă bine lampa și conectori inel asigură un contact pe întreaga circumferință a cavității.
Generator Gunn. Un astfel de generator de microunde semiconductor a fost propus în 1963 Dzh.Gannom, angajat Uotsonovskogo Centrul de Cercetare IBM Corporation. În prezent, aceste dispozitive oferă puterea doar de ordinul a milliwatts la frecvențe mai mici de 24 de miliarde. Hertz. Dar, în aceste limite el are avantaje clare față de clistron consum redus de energie. Deoarece dioda Gunn este un singur cristal de arseniu de galiu, este mai stabilă și durabilă, în principiu, decât clistron, în care catodul trebuie încălzit pentru a crea fluxul de electroni necesar și vid înaintat. Mai mult, dioda Gunn funcționează la tensiunea de alimentare relativ scăzută, în timp ce pentru puterea de clistron nevoie de surse voluminoase și scumpe, cu tensiuni de 1000 la 5000 V.
componente de circuit
cabluri și ghiduri de undă coaxial. Pentru transmisia undelor electromagnetice microunde nu este peste aer și în conductori metalici necesită tehnici speciale și conductori speciali formă. sârmă convențională prin care se transmite energie electrică, adecvat pentru transmiterea semnalelor radio de joasă frecvență sunt ineficiente la frecvențe de microunde. Orice lungime de sârmă are capacitate și inductanță. Aceste așa-numitele Parametrii de amplificare distribuite este foarte important în tehnica de microunde. Combinația de capacitate conductor cu propriile sale inductanță la frecvențe înalte servește ca un circuit rezonant, blocând aproape complet transmisia. Deoarece liniile de transmisie prin cablu nu este posibilă pentru a elimina influența parametrilor distribuite, este necesar să se apeleze la alte principii de transmitere a microundelor. Aceste principii sunt încorporate în cablurile coaxiale și ghidurile de undă. Cablul coaxial este format dintr-un conductor interior și care acoperă conductorul său exterior cilindric. Discrepanța dintre ele este umplut cu un izolator din plastic, cum ar fi teflon sau polietilenă. La prima vedere acest lucru poate părea ca o pereche obișnuită de fire, dar la frecvențe de microunde de fiecare funcție. semnal de microunde de la un capăt introdus al cablului, de fapt, nu se aplică conductori metalici și umplut cu un izolant de material decalaj între ele. Cablurile coaxiale sunt bine transmise semnale cu microunde până la câteva miliarde Hz, dar la frecvențe mai mari, eficiența lor scade, iar acestea nu sunt potrivite pentru transmisie de mare capacitate. feed-uri convenționale pentru transmiterea waveguides cu microunde sunt sub formă de valuri. Waveguide - un tub de metal atent lucrate de secțiune transversală dreptunghiulară sau circulară, în care se propagă semnalul de microunde. Pentru a pus pur și simplu, waveguide direcționează val, determinându-l și apoi reflectat de pereți. Dar, de fapt, propagarea undelor prin waveguide este o extensie de oscilație a câmpurilor electrice și magnetice ale undei, la fel ca în spațiul liber. O astfel de distribuție în waveguide este posibilă numai cu condiția ca dimensiunile sale sunt într-un anumit raport cu frecvența semnalului transmis. Prin urmare, mai precis calculate cu ghid de undă prelucrată cu precizie și este destinat numai pentru o gamă îngustă de frecvențe. Alte frecvențe transmite slab sau deloc trece. O distribuție tipică a câmpurilor electrice și magnetice din interiorul waveguide prezentat în Fig. 3.

Fig. 3. Distribuția tipică a câmpurilor electrice și magnetice într-un ghid de undă de secțiune transversală dreptunghiulară. Waveguide - un tub metalic de secțiune transversală dreptunghiulară sau circulară, în interiorul căruia se propagă cu microunde. Selectarea secțiunea transversală definită de setul dorit de frecvențe.

Cu cât frecvența undei, cu atât mai puțin dimensiunile corespunzătoare ale ghidului de undă dreptunghiulară; după toate aceste dimensiuni sunt atât de mici încât supra-complica fabricarea și reduce puterea transmisă le limita. Prin urmare, dezvoltarea de ghiduri de undă circulare au fost lansate (secțiune transversală circulară), care poate fi suficient de mare, chiar și în cuptorul cu microunde de înaltă frecvență. Utilizarea unui ghid de undă circulară este constrânsă de unele dificultăți. De exemplu, un ghid de undă trebuie să fie drepte, sau eficiența redusă a acestuia. ghidurile de undă dreptunghiulare este ușor îndoit, ele pot fi date sub forma curbată dorită, și nu are nici un efect asupra propagării semnalului. Radar și alte instalații cu microunde de obicei, arata ca labirinturi de căi waveguide care leagă diferitele componente și transmiterea unui semnal de la un dispozitiv la altul în cadrul sistemului.
Componente solid-state. Componentele solide, cum ar fi semiconductori și ferită, joacă un rol important în tehnologia cu microunde. Astfel, pentru detectarea comutare indreptare, conversia de frecvență și amplificarea semnalelor de microunde aplicate diode cu germaniu și siliciu. Pentru amplificarea aplica, de asemenea diode speciale - varicaps (capacitate controlate) - în schema numit amplificator parametrice. amplificatoarele larg răspândite de acest tip servesc pentru a amplifica semnalele foarte mici, deoarece acestea aproape nu au făcut propriul lor zgomot și distorsiuni. amplificator solid microunde stare cu un nivel redus de zgomot și un maser rubin. O astfel de acțiune maser se bazează pe principii cuantice, amplifică semnalul de microunde datorită tranzițiilor dintre nivelurile de energie internă a atomilor în cristal rubin. Rubin (sau alt maser material adecvat) este scufundat în heliu lichid, astfel încât amplificatorul funcționează la temperaturi extrem de scăzute (numai câteva grade mai mari decât temperatura de zero absolut). Prin urmare, nivelul de zgomot termic în circuit este foarte scăzută, astfel încât maserul este potrivit pentru astronomie radio, radar și alte măsurători ultra-sensibile, care este necesară pentru detectarea și amplificarea semnalelor microunde foarte slabe.
A se vedea. De asemenea, oscilatoare cuantice și amplificatoare. materiale Ferite sunt utilizate pe scară largă, cum ar fi oxidul de fier magneziu și granat de ytriu-fier pentru fabricarea de întrerupătoare cu microunde, filtre și Circulatoare. Dispozitivele Ferite sunt controlate de câmpuri magnetice, iar pentru controlul fluxului de semnal de microunde de mare putere este câmp magnetic suficient de slab. comutatoare Ferite au avantajul de peste mecanice că acestea nu au părți în mișcare pentru a purta, iar tranziția este foarte rapid. Fig. 4 prezintă un dispozitiv tipic de ferită - circulatorului. Acționând ca un sens giratoriu, o pompă de circulație oferă semnal de mai jos numai anumite căi de conectare a diferitelor componente. Circulatoare Ferite și alte dispozitive de comutare utilizate pentru a conecta componente cu microunde multiple la aceeași antenă. Fig. 4 pompă de circulație nu transmite un semnal de transmisie la receptor, iar semnalul recepționat - transmițătorul.

Fig. 4. Circulatoare. Dispozitiv de waveguide care provoacă semnalul se propagă într-o direcție sau alta. Circulatorul permite radioul să funcționeze cu o singură antenă, fără a pierde semnalul transmis la receptor, și primit - în transmițător.

Tehnica de microunde este folosit și o diodă tunel - relativ nou dispozitiv semiconductor care funcționează la frecvențe de până la 10 miliarde Hz .. Acesta este utilizat în generatoare, amplificatoare, convertoare de frecvență, și switch-uri. Capacitatea sa de lucru este mic, dar acest lucru este primul dispozitiv semiconductor, capabil să funcționeze eficient la astfel de frecvențe înalte.
A se vedea. De asemenea, dispozitivele electronice semiconductoare.
Antena. antena cu microunde este o mare varietate de forme neobișnuite. Dimensiunea antena este aproximativ proporțională cu lungimea de undă a semnalului, și deci este acceptabil pentru proiectarea gama de microunde, care ar fi prea greoaie pentru frecvențe mai mici. În multe modele de antene sunt luate în considerare proprietățile radiației de microunde care aduce cu lumina. Exemple tipice sunt o antenă corn, reflectoare parabolice, metal și lentile dielectrice. De asemenea, utilizate sunt elicoidale și antene elicoidale sunt adesea produse sub formă de circuite imprimate. grup waveguide crestate poate fi poziționat astfel încât să se obțină modelul dorit pentru energia emisă. De asemenea, folosit adesea dipoli, cum ar fi antenele de televiziune bine-cunoscute instalate pe acoperișuri. In astfel de antene sunt adesea elemente identice, dispuse la intervale egale cu lungimea de undă și creșterea împingerii datorate interferenței. Antenele cu microunde sunt de obicei proiectate astfel încât acestea sunt extrem de orientate, la fel ca în multe sisteme de microunde, este important ca energia transmise și primite în exact direcția corectă. Antena directivitate crește cu diametrul său. Dar puteți reduce antena, menținând în același timp se concentreze, dacă vom merge la frecvențe mai mari de operare. Multe dintre „în oglindă“ antena cu un reflector metalic parabolic sau sferic concepute special pentru recepția semnalelor slabe extrem care provin, de exemplu, de la nave spațiale interplanetare sau din galaxii îndepărtate. In Arecibo (Puerto Rico) are una dintre cele mai mari telescoape cu un reflector metalic sub forma unui segment sferic al cărui diametru este de 300 m Antena are un ( „Meridian“) bază staționară .; primirea unui fascicul de radio este deplasat pe cer datorită rotației Pământului. Cel mai mare (76 m) antena complet mobil este situat la Jodrell Behnke (UK). Nou în zona antenelor - Antena cu direcția de control electronic; o astfel de antenă nu trebuie să se rotească mecanic. Se compune din mai multe elemente - vibratoare care se pot conecta electronic diferit între ele și, prin urmare, oferă o sensibilitate de „matrice“ în orice direcție dorită.
A se vedea. De asemenea, antena.
REFERINȚE
Dispozitive cu microunde semiconductoare și aplicațiile lor. M. 1972 dispozitive cu microunde vid electric puternic. M. 1974 semiconductoare în circuite cu microunde. M. 1979

motoarele de căutare Ajutor