Заключение

В учебнике рассмотрены принципы работы, характеристики и параметры основных электровакуумных, полупроводниковых и квантовых приборов СВЧ и квантовых приборов оптического диапазона. Применение СВЧ приборов охватывает диапазон сантиметровых волн и длинноволновую часть миллиметрового диапазона, но все больше проявляется тенденция применения в радиоло­кации и системах связи миллиметровых и субмиллиметровых волн.

В настоящее время усиленно развиваются полупроводниковые приборы миллиметрового диапазона. Улучшение технологии изготовления кремниевых ЛПД импульсного действия (длительность импульса ) привело к увеличению мощности донаи донаРазрабатываются для этого диапазона частот способы сложения мощностей нескольких ЛПД и малошумящие смесители для входных устройств.

Среди новых мощных приборов миллиметрового диапазона сле­дует отметить ЛБВ с выходной мощностью в импульсном режиме 1кВт и коэффициентом усиления 50дБ на частоте 94ГГц. Кроме того, ведется разработка усилительного трехрезонаторного кли­строна с распределенным взаимодействием (§ 3.4) на частоту 95ГГц с импульсной мощностью 1кВт, коэффициентом заполне­ния 10% и коэффициентом усиления 30дБ. Масса этого клистро­на при использовании самарий-кобальтовых фокусирующих магни­тов составит 7кг.

В последние годы широко проводятся разработки приборов, основанных на магнитном циклотронном резонансе (МЦР) (§ 5.8). В одном из приборов на МЦР-гиротроне получена в не­прерывном режиме мощность 100кВт на частоте 28ГГц. В дру­гой разновидности приборов на МЦР ожидают получить при вдвое меньшем магнитном поле, чем в гиротроне, на частоте 90ГГц в непрерывном режиме 1кВт при КПД 95%.

В субмиллиметровом диапазоне волн для создания усилителей и генераторов могут быть использованы методы как обычной электроники СВЧ, так и квантовой электроники.

В качестве генераторов колебаний пригодны лампы обратной волны типа О. Выходная мощность ЛОВО превышает 10мВт на частоте более 300ГГц при рабочем напряжении 3—9кВ. Для по­лучения хорошей фокусировки электронов при малых размерах, замедляющих систем в этом диапазоне частот требуется большое продольное магнитное поле. В ЛОВО обычно используют магнит­ный сплав самарий-кобальт. Прогнозируется применение субмил­лиметровых ЛОВО в космосе. В связи с этим стоит задача увели­чения срока службы ЛОВО до срока службы спутников.

В генераторах на ЛПД, работающих в специальном режиме, достигнуты такие же рабочие частоты, как в ЛОВО. Частотный предел в ЛПД ограничивается толщиной слоя лавинного размно­жения носителей. С повышением рабочей частоты требуется мень­шая толщина этого слоя, при этом она может стать настолько тонкой, что увеличение напряженности поля вызовет туннельный эффект. Если туннельный эффект специально использовать для ввода импульсов заряда в область дрейфа ЛПД, то можно повы­сить рабочую частоту до 500—1000ГГц. Такой режим работы ЛПД получил название TUNNET-режим (сокращение от слов Tunnеll Transit Time).

В субмиллиметровом диапазоне волн для генерации колебаний используется явление дифракции. Генератор с дифракционным излучением (ГДИ) состоит из открытого резонатора, образованного сферическим зеркалом и плоским зеркалом, на поверхности кото­рого изготовлена периодическая дифракционная решетка (замед­ляющая система). Ленточный электронный поток проходит вблизи решетки. Если скорость электронов близка к фазовой скорости од­ной из пространственных гармоник, то начнется эффективное взаимодействие электронов и поля, а при определенных условиях и генерация колебаний, как в лампе обратной волны. Работают ГДИ в диапазоне волн 8—0,96мм с выходной мощностью от не­скольких сотен милливатт до десятков ватт. Механическая пере­стройка в ГДИ достигает октавы, а электронная перестройка в десятки раз меньше, чем в ЛОВО.

В субмиллиметровом диапазоне волн становится перспектив­ным использование методов квантовой электроники. Возможно, например, применение молекулярных квантовых генераторов на газах, в которых частота квантовых переходов соответствует суб­миллиметровому диапазону. В генераторах на молекулах аммиа­ка получают излучение на волне а на моле­кулах — на волне0,485 мм. Достоинство этих генераторов — высокая стабильность частоты недостаток — очень низкая мощность. Поэтому молекулярные генераторы используются в ка­честве стандартов частоты.

Разработаны генераторы субмиллиметрового диапазона, по­добные лазерам с оптической накачкой. При использовании паров воды наблюдается излучение с длинами волн Применение соединений, содержащих углерод, водороди азот, как правило, приводит к излучению на волнах Мощность этих квантовых генераторов мала (в импульс­ном режиме— милливатты, в непрерывном — микроватты) и за­висит от состава газа, тока разряда и параметров зеркал резона­тора. Стабильность частоты значительно выше, чем в ЛОВО.

В субмиллиметровом диапазоне можно также использовать приборы на магнитном циклотронном резонансе. Однако в этом диапазоне требуются очень высокие напряженности магнитного поля, которые можно обеспечить только при сверхпроводящих со­леноидах.

Сравнение выходной мощности электронных приборов милли­метрового диапазона волн произведена на рисунке, где 1 — гиротроны, 2 — пролетные клистроны с распределенным взаимодействием, 3 — лампы бегущей волны,

4 — импульс­ные магнетроны, 5 — лампы обратной волны, 6 — генераторы с дифракцион­ным излучением, 7 — лавинно-пролетные диоды, 8 — отражательные клист­роны, 9 — диоды Ганна. Значения мощности указаны в непрерывном ре­жиме работы, для импульсных магне­тронов приведено среднее значение выходной мощности.

В настоящее время благодаря развитию полупроводниковых приборов, совершенствованию электровакуумных приборов и развитию технологии интегральных схем появилась воз­можность полностью использовать преимущества миллиметрового диапазона волн: широкие полосы, повышенную разрешающую спо­собность, уменьшенные размеры и массу аппаратуры.