муникаций Днепропетровского национального университета имени Олеся Гончара)

к-т физ.-мат. наук, доцент Е.Н.Привалов (заведующий отделом функциональных элементов си-

стем управления Института технической механики НАН Украины и ГКА Украины, г.Днепропетровск)

УДК 621.372 – 621.376 ББК 32.845 Т-38

Т-38 Техника и полупроводниковая электроника СВЧ : Учебное пособие [Электронное издание] / О. О. Дробахин, С. В. Плаксин, В. Д. Рябчий, Д. Ю. Салтыков. – Севастополь: Вебер, 2013.– 322 с.

ISBN 978-966-335-404-0

Приведены сведения об основных линиях передачи СВЧ диапазона, теории микроволновых цепей. Рассмотрены методы теории длинных линий и многополюсников СВЧ для анализа и синтеза устройств на основе микроволновых линий передачи. Представлены сведения о конструкции основных элементов СВЧ техники, их параметрах, при этом использован формализм матриц рассеяния. Преимущественно рассмотрены волноводные элементы, применяемые для решения задач прикладной физики. Рассмотрены физические принципы работы основных типов полупроводниковых и ферритовых устройств электроники сверхвысоких частот. Приводятся основные теоретические соотношения и типовые схемы для полупроводниковых генераторов, усилителей и преобразователей частоты. Формулируются критерии выбора оптимальных режимов их работы, устанавливаются предельно возможные параметры

иметоды их д остижения. К каждой теме предложены вопросы для проверки уровня его усвоения. Пособие содержит тесты для самостоятельной работы.

Для студентов, обучающихся по направлению подготовки "Прикладная физика". Пособие также может быть полезно аспирантам и студентам старших курсов радиотехнических

ирадиофизических специальностей, а также всем, кто интересуется техникой СВЧдиапазона.

УДК 621.372 – 621.376 ББК 32.845

3

Введение

Электромагнитные волны сверхвысоких частот (СВЧ) имеют широкое применение в различных областях науки и техники. На начальном этапе СВЧ, или микроволновые, устройства были разработаны для реализации радиолокационных средств обнаружения воздушных, наземных и морских объектов, оценки их координат, скорости. Затем были решены задачи радиолокации космических объектов, включая локацию планет. Последнее время радиолокационные методы применяют для решения технологических задач, например, в металлургии, для медицинской и спортивной диагностики. Микроволновые устройства позволяют измерять расстояние до отражающих поверхностей в условиях отсутствия возможности наблюдения в оптическом диапазоне, например, ночью, в условиях задымления, или при наличии термической нагрузки, скажем, в металлургическом производстве; исследовать вибрации в случае, если объект находится за преградой, например, при проведении спасательных работ.

Важное технологическое значение имеют микроволновые печи. В настоящее время проводятся исследования по применению таких печей для получения композиционных полимерных материалов, проведения химических реакций, удаления влаги из веществ, которые должны вступать в химические преобразования, сушки. Перспективным является облучение семян растений с целью интенсификации процесса роста. Имеет место терапевтический эффект СВЧ излучения на определенных частотах.

Микроволновые технологии, кроме того, широко используются в инфор- мационно-телекоммуникационных системах. В мобильной радиосвязи, радионавигации, радиометрии, беспроводных компьютерных сетях и т.д. передачу информации осуществляют с помощью электромагнитных волн, которые принадлежат практически всему диапазону микроволнового излучения, то есть соответствующие длины волн лежат в пределах от дециметров до миллиметров, а частоты – от 0,3 до 300 ГГц. С увеличением частоты появляется возможность концентрации электромагнитного излучения в узкий направленный луч, что повышает помехоустойчивость при передаче информации с его помощью и обеспечивает электромагнитную совместимость. Значительным преимуществом микроволнового диапазона является его большая информационная емкость, что позволяет, например, в системах телекоммуникаций увеличить число передаваемых каналов телефонной связи и телерадиовещания, организовать многоканальную передачу широкополосных сигналов с одновременным улучшением качества связи. Дальнейшее развитие беспроводных телекоммуникаций предусматривает разработку и введение новых и совершенствование уже существующих микроволновых устройств и систем передачи информации.

СВЧ элементы – одни из основных в технике физического эксперимента, например, в случае создания средств ускорения элементарных частиц, а следовательно, специалисты по прикладной физике должны быть осведомленными с

4

основными принципами построения и применения основных элементов микроволновой техники.

Пособие содержит набор тестов, вопросов, которые позволяют проверить уровень усвоения изложенного материала, ряд вопросов носит проблемный характер, для ответа на некоторые из вопросов требуется привлечение дополнительных источников информации. Ряд разделов проиллюстрирован задачами с решениями.

Пособие подготовлено профессорско-преподавательским составом кафедры прикладной и компьютерной радиофизики Днепропетровского национального университета имени Олеся Гончара: заведующим кафедрой доктором физико-математических наук профессором О. О. Дробахиным, профессором доктором физико-математических наук С. В. Плаксиным, доцентом кандидатом технических наук В. Д. Рябчием, старшим преподавателем Д. Ю. Салтыковым.