Ultranagy frekvenciás technológia - ez
Ultra-magas frekvenciájú gépek
Mikrohullámú technológia, a tudomány és a technológia kapcsolatos tanulmányozása és felhasználása a tulajdonságait az elektromágneses hullámok és rezgések a frekvenciatartományban a 300 MHz-300 GHz. Ezek a határok relatív: egyes esetekben az alsó határ a mikrohullámú úgy vélik, 30 MHz, míg a felső - 3 THz. Típusának megfelelően a feladatok és a kapcsolódó területeken a készülék és alkalmazási rendszer C. h. T. (Emitting, továbbítása, vétel, mérés, stb) lehet osztani kapcsolatos információkat a rádió (Lásd. Radiocommunications), televízió (Lásd. Televízió ), radar (Lásd. radar), navigáció (Lásd. Radio navigáció), rádiós vezérlő, műszaki diagnosztika és számítástechnikai r. d. és a felhasznált energia az ipari technológiák, háztartási gépek, orvosi, biológiai és vegyi berendezés adáskor az energiafogyasztás és így tovább. e. Az eszközök és rendszerek S. h. m. használunk egy hatékony eszköz számos tudományos vizsgálatok rádiós spektroszkópiával (Lásd. Radiospectroscopy), szilárdtest-fizika (lásd. A szilárd anyag), Magfizikai (Lásd. magfizika ..), rádiócsillagászati (lásd csillagászati), stb nagyon sokféle mikrohullámú feltételesen osztva külön területeken, gyakran határozza meg a hullámhossz λ, - es parcellákra (λ = 10-1 m), UHF (100-10 cm) centiméter ( 10-1 cm) milliméter (1,10 mm) és detsimillimetrovyh (vagy al-milliméter) (1-0,1 mm) hullámok. (A hullámhossz társított f frekvencia közötti összefüggés a λ = CLF, ahol C - a terjedési sebesség az elektromágneses hullámok vákuumban).
Elmélete mikrohullámú elektromágneses mező alapján általános törvényei elektrodinamika (Lásd. Elektrodinamika), amely szerint a komponenseket az elektromágneses tér (vektor az elektromos és mágneses mezők E és H), attól függően, hogy helyzetét és az idő, valamint a jellemzők a források, amelyek generálják a területen (töltéssűrűség és a teljes áramsűrűség), egymással összekapcsolt Lorenz rendszer - Maxwell-egyenletek (lásd a Lorenz -. Maxwell-egyenletek). Fogalmának bevezetésével a hullám ellenállás (lásd. A jellemző impedancia) a közeg ρ = E / H, átadhatók a r. N. távíró egyenletek (Lásd egyenlet Telegraph.), amely létrehozza a kapcsolatot az eszközök között a mikrohullámú (attól függően, pozíció és idő) feszültségek és áramok egyrészt, és az elektromos készüléket paraméterek - a másik.
Az általános tulajdonságait és jellemzőit a készülékek S. C. Devices h t H t (különösen a hullámhosszakon 30 cm -. 3 mm) .... inherens jellemző tulajdonságok, amelyek megkülönböztetik őket a használt eszközök a másik, a szomszédos részeket az elektromágneses spektrum . Az ilyen tulajdonságok közé tartoznak: arányban (általában) hullámhosszon lineáris méretei eszközök és komponensek, CO-mérési repülési idő az elektronok elektronikus eszközök egy időszak mikrohullámú rezgések, a viszonylag gyenge abszorpciós hullám az ionoszféra és erős (meghatározott frekvenciákon) felszívódás a felszín-közeli föld réteg, nagy visszaverődési tényező a fém felületek, a lehetőségét, koncentrálva a mikrohullámú energiát egy keskeny, a képesség az energia kölcsönhatás az anyag (atomok és molekulák), nagy információ kapacitású mikrohullámú és t. d.
Áramköri elemek és elektronikus műszerek C. h. T. a mikrohullámú passzív áramkörök (nem tartalmazó energia) és az őket alkotó elemek elsősorban r. N. átviteli vonalak és vonalszakaszok különböző rádiós hullámvezetők s (kéthuzalos és koaxiális - a mérő és deciméteres hullámok, koaxiális, üreges és szalag - centiméteres hullámok; üreges, dielektromos és kvaziopticheskih - milliméteres és al-milliméteres hullámok) által, amely az elektromágneses energiát directionally továbbított a vevő, hogy tovább emelje ki benne jelzi hasznos információk vagy mikrohullámú energia. Jellemzően vonal hossza arányos hullámhosszú vagy nagyobb, mint egy; terjedési idő a sorban összemérhető időszakra az oszcilláció a mikrohullámú, vagy meghaladja azt. Ezzel szemben a villamos áramkörök (alkalmazott részben a mérő, de általában a hosszabb hullámhosszokon), amelyben az induktivitás koncentrálódik a tekercs, a kapacitás - a kondenzátor, az ellenállás - a ellenálláson, és amely az úgynevezett lánc koncentrált állandó, kapacitás, induktivitás és ellenállás a távvezeték leírható oszlani a vezetőt; így a vonal nevezik t. n. áramkörök elosztott paraméterek. Elektromos lezajló folyamatok ilyen áramköröket kell tanulmányozni nemcsak időben, hanem térben.
Ha egy vezeték csatlakozik egyrészt változó generátor EMF, és a többi - a terhelési vonal mentén (a generátor a terhelés is) mozog tn .. haladó hullámú (Lásd. utazó hullámok) szállítja az energiát. Mode tisztán haladó hullám jelentkezik a vonal csak akkor, ha be van töltve az ellenállás megegyezik a jellegzetes impedancia ρ; a bemeneti impedancia az ilyen vonal (a csatlakozókon a generátor) is egyenlő a terhelési impedancia; hiányában veszteségek a hálózati feszültség effektív értéke mindenhol mentén állandó, és továbbítják az energiát teljes mértékben elnyeli a terhelő ellenállás. A nyitott és rövidre vonalak (ábra. 1), éppen ellenkezőleg, az álló hullámok beállított üzemmód (Lásd. Állóhullámok), és a vonalak mentén alternatív csomópontok és amplitúdópontját feszültség és áram. Minden más érték a terheléssel szembeni ellenállás és a természet a megfelelő feltétel megsértése esetén (Lásd Harmonizációs.) És ellenállások a sorban sokkal összetettebb folyamat - az úgynevezett mód beállítása .. összekeverünk, vagy kombinált, a hullámok (része a beeső hullám energia elnyelődik az aktív terhelési ellenállás, míg a fennmaradó energia arról visszaverődő, - állóhullámok). A bemeneti impedancia ilyen vonalszakaszok, vagy lehet, hogy egy periodikus jellege és mérete tág határok között változhat a választott működési hullámhossz, a természet a terhelés és geometriai vonal hossza. Például a bemeneti ellenállás sor veszteségmentes betöltve az ellenállás R. A páratlan számú negyed hullámok, amelyek illeszkednek mentén és azt sem, ρ 2 / RL. és még - RH. Jellemzésére üzemmódba, és meghatározzuk a allokált teljesítmény a terhelés, haladó hullám használat aránya egyenlő arányban minimális és maximális feszültség egy vonal mentén, vagy a kölcsönös rá, és felszólította az állóhullám arány.
A tulajdonságait a vonalak a szegmensek és az üreges fémtest bizonyos geometriai méreteit és konfigurációk, amelyek különböző bemeneti impedanciák alapú tervezése különböző mikrohullámú alkatrészek és szerelvények, így kétvezetékes, és koaxiális üregrezonátor s, transzformátor impedancia, elektromos szűrők (Lásd . Elektromos szűrő) hibrid vegyület (Lásd. A hibrid vegyület), iránycsatolók (Lásd. A iránycsatoló), csillapítók, Fázisváltók (Lásd. Fazovraschate L Mikrohullámú) Flex s és így tovább. . Stb használata vonalak létrehozásához mikrohullámú ferrit megengedett elemek és csomópontok visszafordíthatatlan (kapuzó) tulajdonságok - mint például a szigetelők, Fázisváltók irányított (lásd Girátor.), Keringető, stb s.
Aktív áramkörök tartalmazhatnak passzív elemek források mellett mikrohullámú energia. Az utóbbi elsősorban közé elektronikus eszközök - egyéb elektronikus, félvezető, kvantum stb A főbb típusai a használt elektronikus eszközök, mikrohullámú frekvenciákon előállítása, amplifikálása, transzformáció és feltárása -. Vannak eszközök is, amelyekben az elektromos ingadozások vagy mező az elektromágneses hullám kölcsönhatásba az elektron áramot ( áram). Ezek két csoportra oszthatók: elektroncsövek Elektrosztatikus kontroll (rácsvezérlésű) a jelenlegi, amelyben a növekedés a mikrohullámú oszcilláció energia eredményeként a hatása változó lehetséges a vezérlő rács tértöltés a katód (trióda s, Tetrode s, pentód s), és az elektronikus eszközök dinamikus jelenlegi szabályozás, amely a növekedés a mikrohullámú tér energia miatt a diszkrét (a klisztron s) vagy folyamatos (a haladó hullámú csövek (Lásd. Világos haladó hullám), lámpák hátra hullám (ld. a lámpa hátra hullámok s), magnetron ah, az eszközök alapján ciklotronrezonanciás maser - ICR oszcillátorok és erősítők, stb) az elektronok kölcsönhatásba lépnek a mikrohullámú tér ... Ahhoz, hogy csökkentsék a káros hatást a tehetetlenségi elektronok interelectrode kondenzátorok és induktivitások a vezetékek (korlátozza a maximális frekvencia erősítés és generáció), valamint, hogy csökkentsék a dielektromos veszteségek az anyag tartály és a lámpa feje a készülékek a csoport 1 (alkalmazandó főleg mérő és deciméteres hullámok), feltéve, egy sor szerkezeti és műszaki intézkedések, mint például csökkenti a távolsággal és az elektróda felületek (az utóbbi végzik formájában lemezek -, hogy kényelmes kapcsolat hozzá üregrezonátorok), a különleges kerámia, alacsony veszteségű mikrohullámú energia és mások. Az ilyen eszközök közé tartoznak a szintereit lámpa. Nuvistor s, villogó fények (Lásd. Villogó fények), és koaksitrony Reznatron s. Eszközök a 2. csoport (elsősorban a deciméter, centiméter és milliméteres hullámok) vannak fosztva sok hátrányát eszközök 1. csoport, de a működési elve, típusa és konfigurációja általában nehezebb őket; korlátozza a maximális erősítés frekvencia és generál abban miatt hirtelen csökken (növelésével a működési frekvencia) méretű és gyártási tűrések az egyes elemek a mikrohullámú, veszteségek növekedése, csökkenő elektron áramlási összeköttetésben van a mikrohullámú tér és mások. okokból. Semiconductors legfontosabb típusaira - detektorral és keverése mikrohullámú félvezető diódák (Lásd félvezető dióda.) Mikrohullámú Transistor s, varactors (varikap dióda s), lavina tranzit félvezető diódák (Lásd Avalanche tranzit félvezető dióda.), Gunn dióda s, Schottky dióda s, alagútdióda (. Lásd tunneling dióda), félvezető diódák parametrikus (. Lásd parametrikus félvezető dióda) - használnak az egész a mikrohullámú sáv; előállító és erősítő eszközök fejlesztése folyamatos működés hasznos teljesítmény több tucat watt a méteres hatótávolság és akár több watt centiméter.
Általános mikrohullámú teljesítmény elektronikai készülékek továbbítására és információt kapnak, ezek az energia-frekvencia karakterisztika, amely bemutatja a frekvencia függését a maximális teljesítmény valósítható meg sugárzás (ábra. 2) és a minimális szintet, amikor megkapta a zaj (3.). Ezek a jellemzők, különösen megszerzésével kapcsolatos legmagasabb energia potenciál - teljesítmény viszony a továbbító eszközt a megengedett minimális (normál működés) zajteljesítménynek fogadó eszközt; az értéke, viszont attól függ, hogy a különböző rádió-elektronikai rendszerek.
Eszközök és rendszerek pp h. T. különféle kombinációi a passzív és aktív és passzív mikrohullámú áramkörök használják a különböző eszközök, például antennát szakaszok összekötő az antenna (Lásd. Egy antenna) egy adagoló segítségével, hogy a bemeneti áramkör vagy egy kimeneti rádió és a rádióadót áramkör és generátorok és erősítők, vevőkészülékek a sugárzás. szorzóval (Lásd. frekvenciasokszorozó), mérőeszközök, stb d. a mikrohullámú eszközök szupravezető rezonátor, és cézium-hidrogén-generátor (lásd. Quantum frekvenciaetalonok) kaphassanak nagyon alacsony relatív gyakorisága instabilitást (10 -10 -10 -13) .
Az építőiparban a elektronikus rendszerek nagy energia lehetséges felhasználása generátorok klisztron magnetron, és mások. Instruments magnetron típusú vagy (főleg antennarendszerek, amelyek szakaszos antennarendszerek (Lásd. A szakaszos antennarendszer) elektronikusan vezérelt sugárzási mintát) nagyszámú (akár 10 ezer) viszonylag vékony (akár több tíz watt) az elektronikus eszközök párhuzamosan működő .; párhuzamosan futó nagy teljesítményű mikrohullámú eszközök használt gyorsító technológia (lásd. Nuclear Engineering). A cél a zaj csökkentésére vételi eszközök a leghatékonyabban elérni parametrikus erősítők (Lásd parametrikus erősítő.) (Főként nem hűtött) és kvantum erősítők (Lásd Quantum erősítő.) - masers (amelyekben az aktív közeg hőmérsékletre hűtjük a folyékony hélium vagy nitrogén - 4 vagy 77 K ). Annak érdekében, hogy feldolgozásához és mikrohullámú sütőben használható főzéshez (ábra. 4, 5).
A radikális megoldás a problémára a miniatürizálás és megbízhatósága berendezések az alacsony energiájú építési rendszer találtak létrehozásával egy teljesen félvezető adó és a vevő eszközök (6.), Különösen az integrált formában (lásd. Microelectronics. A sík technológia). Mivel a. Méret betét alkatrészek hibrid, illetve monolit integrált áramkörök (Lásd. Egy integrált áramkör). Mikrohullámú egységek és a tíz mikron, ilyen berendezéseket használnak elsődlegesen frekvenciák az 1 és 15 GHz-es, lehet kialakítani az elemek egy koncentrált áramkör, és kéthuzalos vonal; kidolgozása során a legnagyobb nehézséget okoz hőelvezetés problémát és megszünteti a parazita csatolás. Ez a régió C. h. M. és berendezések milliméteres és submillimeter tartomány alatt intenzív fejlesztése.
A biztonsági berendezések, C. h. M. magasság körű használatára mikrohullámú eszközök és különösen a nagy teljesítményű készülékek vezetett jelentős növekedés a mikrohullámú teljesítményszint a világon, és hogy növelje a helyi intenzitásának a mikrohullámú sugárzás energiáját adóantennák (különösen éles irányítottság ábrát). Ezen túlmenően, ha az antennát táplál feeder nagy mikrohullámú teljesítmény, vannak nagyfeszültségű, veszélyes az egészségre és az élet az emberek a környéken. Ebben az összefüggésben volt egy külön rész, foglalkozás-egészségügyi (lásd Foglalkozás-egészségügyi.) - radiogigiena, hogy a tanulmányok biológiai hatásai rádió-kibocsátás és a fejlesztési intézkedéseket, hogy megakadályozzák a káros hatásokat a rádiófrekvenciás energia emberekre és a vereség az áramütés mikrohullámú sütő. Biztonságosnak tekinthetők az emberi egészség következő maximális megengedett teljesítmény fluxussűrűség területén a mikrohullámú: 10 mW / cm 2 7-8 órán át, 100 mW / cm 2 2 órán át, 1 W / cm 2 15-20 percig (a szükséges védőszemüveg használata). Tolerancia a személyzet dolgozik az ipari mikrohullámú eszközök csak akkor engedélyezett, miután a szükséges óvintézkedéseket szerint a biztonsági előírásoknak megfelelően az ilyen eszközöket. Gyenge besugárzási dózis UHF hullámokat használt elektroterápiás (Lásd. Elektroterápia) (m. N. Mikrohullámú terápia).
Perspectives on h. T. szorosan kapcsolódik a fejlesztési hagyományos és új irányok a távközlés, a radar, villamos energia, ipari technológia, a tanulmány a kölcsönhatás elektromágneses mezők az anyaggal, és más növények. Az élő szervezetek, és így tovább. G. A további fejlesztés a milliméter és submillimeter hullámok - különösen az elektronika, a nukleáris fizika, a kémia és az orvostudomány. Azt is feltétele az, hogy növelni kell az energia kapacitását (lásd. Ábra. 2. 3) és a megnövekedett követelmények spektrális jellemzőit a mikrohullámú sugárzó készülékek.
Lit.: Kapitsa PL High-Power Electronics, M. 1962; Sretenskiy V. N. alapjai az elektronikus eszközök mikrohullámú frekvenciákon, M., 1963; Harvey A. F. technika ultranagy frekvenciájú sávban. az angol. t 1-2, M. 1965 .; Technika submillimeter hullámok, ed. RA Valitova, M. 1969 Lebegyev IV technológia és mikrohullámú eszközök, 2nd ed. t 1-2, M. 1970-1972 .; Mikrohullámú - energia, transz. az angol. t 1-3, M. 1971 .; Rádió-vevőkészülék, ed. N. V. Bobrova, M. 1971 Rudenko VM Halyapin D. B. Magnushevskiy V. R. alacsony zajszint bemeneti áramkörök a vevőkészülékek mikrohullámú, M. 1971 Katsman Yu. A. eszközök mikrohullámú frekvenciákon, M. 1973; Minin B. A. mikrohullámú és az emberi biztonság, M. 1974 Alkalmazása mikrohullámú sütő ipar, a tudomány és az orvostudomány, az első. az angol. "Electrical and Electronic Engineers Proceedings of the Institute", 1974, Vol. 62, № 1 (Special Issue).
B. A. Serogin, V. N. Sretensky.
Ábra. 1. megoszlása a feszültség amplitúdók U és az I áramerősség az ideális (nincs veszteség energia) a nyitott (alul) és rövidnadrág (felső) a mikrohullámú átviteli vonalak különböző hosszúságú I: és - az L
Nagy Szovjet Enciklopédia. - M. szovjet Enciklopédia. 1969-1978.