Определение диапазона сверхвысоких частот. Свойства и особенности электромагнитных колебаний диапазона свч
Согласно
рекомендациям Международного
консультативного комитета по радио
весь спектр электромагнитных колебаний
делится на ряд диапазонов, каждый из
которых находится в пределах (0,3..3)·
Гц, где N – порядковый номер диапазона.
К сверхвысоким частотам принято относить
частоты 9, 10, 11, 12 – диапазонов.
Эти диапазоны имеют следующие названия и частотные границы:
N=9 ультравысокие частоты (УВЧ, UHF) 0,3..3 ГГц;
N=10 сверхвысокие частоты (СВЧ, SHF) 3..30 ГГц;
N=11 крайне высокие частоты (КВЧ, EHF) 30..300 ГГц;
N=12 гипервысокие частоты (ГВЧ, ННF) 300..3000 ГГц.
Граничным частотам приведенных диапазонов соответствуют определенные значения длин волн, которые можно определить по формуле λ = c/f = 30/f, где λ – длина волны, см; c – скорость распространения света; f – частота, ГГц. Если определять диапазоны не частотами, а длинами волн, то диапазон УВЧ может быть назван дециметровым диапазоном (ДМВ) λ = 10..1 дм; СВЧ –
сантиметровым (СМВ), λ = 10..1 см; КВЧ – миллиметровым (ММВ),
λ = 10..1 мм, а ГВЧ – децимиллиметровым (ДМ), λ = 1..0,1 мм. Электромагнитные колебания СВЧ диапазона обладают рядом важных физических особенностей. Рассмотрим некоторые из них.
В диапазоне СВЧ существует возможность создания узконаправленного излучения при сравнительно небольших геометрических размерах антенн. Это позволяет осуществлять направленную передачу сигналов, достоинством которой являются снижение взаимных помех, увеличение дальности действия радиосистем, скрытность передачи, высокая точность радиолокационного определения координат объектов и др. Огромная ширина диапазона СВЧ позволяет разместить в нем большое число каналов связи, использовать широкополосные помехоустойчивые виды модуляции. Это дает возможность осуществлять высококачественную передачу телефонных и телевизионных сигналов, передавать с большой скоростью цифровую информацию компьютерных сетей. СВЧ колебания хорошо поглощаются многими диэлектрическими материалами, парами воды. На этом свойстве СВЧ энергии основаны СВЧ нагрев и сушка материалов, использование СВЧ энергии в пищевой промышленности, быту, с целью ускоренного приготовления пищи, пастеризации, стерилизации и обезвоживания пищевых продуктов. Волны СВЧ диапазона применяются их в медицине для прогрева тканей организма (диатермия), в фармакологической технологии. СВЧ колебания могут оказывать специфическое воздействие на процессы в живых клетках, что также используется в медицине и для биологических исследований. Некоторые физические особенности колебаний диапазона СВЧ, обеспечивающие их широкое применение в различных областях науки и техники, создают определенные трудности при создании СВЧ устройств и приборов. В диапазоне СВЧ длина волны становится соизмеримой с размерами элементов цепей, что приводит к обычно не контролируемым излучениям элементов схем, создающих нежелательные связи между элементами и увеличивающих потери энергии за счет излучения. Увеличение частоты колебаний приводит к росту потерь в диэлектрических материалах, используемых в конструкции СВЧ устройств. Для уменьшения потерь энергии в диапазоне СВЧ используют специальные изоляционные материалы с малыми потерями, а также уменьшают активное сопротивление проводников с помощью увеличения их поверхности, улучшения чистоты обработки поверхности проводников, применения покрытий материалами с низкой удельной проводимостью (серебро, золото).