.

Особенности построения техники СВЧ.

Интенсивное освоение электромагнитного излучения СВЧ диапазона началось в 30х годах прошлого столетия и продолжается по сей день.  К СВЧ диапазону относят область частот от 300 МГц - 300 ГГц, т.е.

  • дециметровые
  • сантиметровые
  • миллиметровые длины волн.

 Первоначально оно стимулировалось потребностями военной техники, прежде всего необходимостью совершенствования РЛС. Действующие в это время РЛС были громоздки и не обеспечивали достаточную точность определения координат цели. Чтобы уменьшить габариты и увеличить точность, необходимо было уменьшить длину волны используемого электромагнитного излучения, т.е. перейти к использованию излучения СВЧ диапазона. Оказалось, что при таком уменьшении длины волны изменяются условия взаимодействия излучения с веществом и распространения в различных средах настолько, что старая экспериментальная база, созданная для метрового диапазона, становится малопригодной в СВЧ диапазоне. Поэтому для освоения электромагнитного излучения СВЧ диапазона потребовалось создать новую элементную базу с учетом особенностей излучения данного диапазона. За короткое время был разработан целый класс нового типа элементов и приборов, работающих в СВЧ диапазоне. Это прежде всего

  • объемные и открытые резонаторы;
  • коаксиальные, волноводные, полосковые линии передачи;
  • генераторы, усилители, умножители частоты,
  • измерительная аппаратура.

Они работают на иных физических принципах.Созданный комплекс радиоэлектронной аппаратуры не только решил задачу совершенствования РЛС, но и позволил существенно расширить область применения СВЧ излучения. Сформировались новые направления в радиоэлектронике: радиоастрономия, спутниковая и радиорелейная связь, радиоспектроскопия, квантовая радиофизика, экспериментальная ядерная физика с использованием ускорителей и т.д.

Появление и становление этих направлений обусловлено особенностями СВЧ излучения. Появление радиоастрономии и спутниковой связи связано с наличием окон прозрачности в атмосфере и ионосфере. По этой причине невозможна тропосферная связь в СВЧ диапазоне, и появилась радиорелейная связь. Энергия кванта в СВЧ диапазоне сравнима с энергией возбуждения и ионизации молекул и атомов различных веществ. Эта особенность важна для радиоспектроскопии и квантовой радиофизики, плазменных и тепловых СВЧ технологий.

Дальнейший прогресс в радиоэлектронике СВЧ связывают с освоением излучения миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов. Повышается разрешающая способность систем радионаблюдения, увеличивается энергия кванта, и появляются дополнительные возможности в радиоспектроскопии химических и биологических объектов, достигается более высокая степень фокусировки излучения и возможность его использования в термоядерных реакциях и других технологических операциях.

Появляется возможность освоения в полном объеме информационных возможностей диапазона. Ширина полосы пропускания СВЧ диапазона на 3-4 порядка выше ширины пропускания остальной части радиодиапазона. Это позволяет передавать большой объем информации и повысить качество передачи информации путем использования помехоустойчивых широкополосных видов модуляции. С уменьшением длины волны уменьшается дифракционная расходимость формируемых антеннами волновых пучков. Это, в первую очередь, имеет важное значение для радиорелейных. линий связи и РЛС. Высокая направленность излучения позволяет повысить помехоустойчивость радиосвязи, точность определения координат, скрытность передачи информации, дальность действия РЛС и т.д.

С каждым годом возрастает объем передаваемой информации (количество передаваемой информации увеличивается в два раза каждые 6-7 лет), поэтому системы связи должны постоянно совершенствоваться. Т.к. СВЧ диапазон является самым большим по информационной емкости, поэтому техника СВЧ связи находит все большее применение, но и здесь есть специфические особенности, к которым относится:

  • Размеры СВЧ антенны существенно больше длины волны, поэтому можно получить остро направленные антенны. Высокая направленность антенн позволяет во много раз повысить помехоустойчивость радиосистем, разрешающую способность, точность определения координат.
  • В СВЧ диапазоне длина волны становится соизмеримой с размерами элементов цепей, проводников и т.д. В результате этого в радиотехнических схемах за счет излучения происходит увеличение потерь, возникают нежелательные и обычно не контролируемые связи между элементами схем. Поэтому, при переходе к СВЧ диапазоны конструкции элементов схем должны быть изменены так, чтобы ЭМП их полностью находились в замкнутых металлических объемах.
  • По мере увеличения частоты затрудняется применение элементов радиотехнических схем: конденсаторов, катушек индуктивности, резисторов. Так, например емкостная проводимость между витками катушки индуктивности становится в СВЧ диапазоне настолько большой, что катушка представляет собой последовательность соединенных контуров, а не чистую индуктивность.
  • СВЧ энергия распространяется в основном вне проводников, которые либо ограничивают пространство, где располагается энергия (волноводы, коаксиальные линии), либо задают направление распространения энергии (проводники двух проводных линий, однопроводные линии передачи (ОЛП)).