Задание №1 Теоретические основы 2017 (3)

Задание №1

Теоретические основы микроволновой электроники.

1. Рассчитайте энергию кванта микроволнового излучения с частотой (Ngroup+Nstudent/2) ГГц

Какой температуре соответствует эта энергия?

Сравните эту энергию с энергией связи молекулы воды. До какой температуры нужно нагреть воду, чтобы произошла ионизация?

Докажите, что квант микроволнового излучения не может нарушить связь атомов в живой клетке.

2. Какая плотность мощности микроволнового излучения считается допустимой в быту и на производстве по стандартам РФ? По международным стандартам?

Оцените, как повысится Ваша температура тела за 8 и 24 часа при максимально допустимом уровне излучения. В расчетах потерями тепла на внешнее охлаждение тела – пренебречь.

Опишите особенности нагрева в разных частотных диапазонах.

3. Информацию о галактическом окружении человечество получает из космоса со спутников, используя микроволновые каналы связи. Выберите один (серию) из снимков, который Вам более всего нравится, с сайта (http://hubblesite.org/gallery/album/entire).

4. Область взаимодействия некоторого прибора составляет L=0.2*(Ngroup+Nstudent) мм. Рассчитайте угол пролета и коэффициент взаимодействия для этой области для вакуумного прибора с ускоряющим напряжением (Nstudent) кВ на частоте (Nstudent) ГГц. Как нужно изменить длину L, чтобы этот угол пролета реализовать в полупроводниковом приборе?

5. Сравните 2 типовых прибора: вакуумный и полупроводниковый по следующим параметрам:

1. Объемная плотность заряда;

2. Максимальная скорость движения заряженных частиц;

3. Длина области взаимодействия для угла пролета -радиан.

4. Для вакуумного прибора рассчитать микропервианс, «плазменную» частоту.

5. Для полупроводникового: длину Дебая, плазменную частоту.

Параметры вакуумного прибора: ток (Nstudent*15)мА, ускоряющее напряжение (Nstudent+ Ngroup) кВ, диаметр потока Ngroup*0.75 мм.

Полупроводникового: уровень легирования Nstudent*10¹⁶см ^-3 , напряжение 25В, толщина токового канала 1мкм.

Рабочая частота приборов – Ngroup ГГц. Рабочая температура 400К.

6. Можно ли в полупроводниковых приборах обеспечить скоростную модуляцию заряженных частиц, используя начальную часть поле-скоростной характеристики?

На каком расстоянии может обеспечиваться модуляция плотности зарядов?

С какой средней скоростью будет двигаться электрон в приборе, с характерным размером области взаимодействия 0.1 мкм и приложенным напряжением Nstudent В? Материал – арсенид галлия.

7. Определите коэффициент шума усилительного прибора в дБ, если его эффективная шумовая температура (100+ Nstudent*2)К.

Рассчитайте эффективную шумовую температуру двух таких приборов, включенных каскадно, если коэффициент усиления каждого прибора 13 дБ.

8. Определите амплитуду «самосогласованного» напряжения на сеточном зазоре резонатора с бесконечной собственной добротностью, если амплитуда первой гармоники конвекционного тока на входе в резонатор равна Nstudent*0.75 мА, угол пролета 90^О, ускоряющее напряжение Ngroup кВ, ток луча 1А.

9. Объясните, где «работает» формула Найквиста, а где Ван-дер-Зила при расчете шумов.

В чем разница введения понятий «эффективная» шумовая температура и «эффективное» шумовое сопротивление?

10. Прокомментируйте формулу для мощности взаимодействия электромагнитного поля и потока заряженных частиц. В чем заключается сложность нахождения данного интеграла?

Свяжите решение с задачей №8.