Ultra-висок честотен диапазон - Колиър Енциклопедия - Енциклопедия & речник
Фиг. 1. магнетронно (частичен разрез, показващ вътрешната структура). Е вакуумна тръба от два електрода, който генерира микровълнова радиация поради движението на електрони под действието на взаимно перпендикулярни електрически и магнитни полета. Използва се като генерираща лампа радио и радарни предаватели микровълнова печка. 1 - катод; 2 - нагревателя текущи води; 3 - анод структура; 4 - кухини; 5 - изходна линия; 6 - коаксиален кабел.
Магнетрони могат да се правят големи по размер, а след това те дават мощни микровълнови импулси на енергия. Но магнетрона има и своите недостатъци. Например, резонаторите за много високи честоти са толкова малки, че те са трудни за производство, както и магнетрона така поради малкия им размер не може да бъде достатъчно мощен. Освен това, е необходимо магнетрона за тежка магнит, при което желаната маса на магнита се увеличава с мощност на устройството. Ето защо, най-мощните магнетроните не са подходящи за по-борда на въздухоплавателното средство.
Klystron. За да направите това, други електронни устройства, базирани на малко по-различен принцип не изисква външно магнитно поле. В klystron (фиг. 2), електроните се движат в права линия от катода към плочата преграда, и след това отново. Така те преминават празнина отворена кухина под формата на поничка. Мрежата за управление на мрежата и резонатор са групирани в отделни електрони "съсиреци", така че електроните преминават резонатор разлика само в определени моменти. Различията между гроздовете съответствие с резонансната честота на резонатора така че кинетичната енергия на електроните предава резонатор, при което определени мощни електромагнитни трептения в него. Този процес може да бъде сравнена с ритмичния люлеенето на оригиналния фиксирана люлка.
Фиг. 2. klystron вакуумна тръба тип отражение. Той се използва в микровълнова технология. Периодично различна електрически полета, електроните са групирани в "клъстери". електронен лъч се модулира скорост, навлиза в кухината, където той предизвиква генерирането или подобряване. 1 - катод; 2 - кухина; 3 - отразяваща плоча; 4 - резонатор мрежа; 5 - изходна линия; 6 - контрол мрежа.
Първите klystron е сравнително нисък, захранващи устройства, но те по-късно счупи всички рекорди магнетрони като мощни микровълнови генератори. klystrons са създадени позира до 10 Mill. вата на импулс и до 100 хиляди. вата в непрекъснат режим. Системни изследвания klystrons линеен ускорител на частици 50 изходи Mill. W микровълнова енергия импулс. Klystrons може да работи при честоти до 120 херца млрд .; Въпреки това, докато тяхната продукция обикновено е по-малко от един ват. Разработен структура изпълнения klystron предназначена за висока мощност от порядъка на милиметър. Klystron може да служи като усилватели на микровълновите сигнали. За тази на входния сигнал се подава към резонатор отвора на кухината, и след това плътността на електрони гроздовете ще варира в съответствие с този сигнал.
лампа с бягаща вълна (TWT). Друг вакуумна тръба за генериране и усилване на електромагнитните вълни на микровълнова групата - бягаща вълна тръба. Това е тънък евакуирани тръба поставена в фокусиране магнитна бобина. Във вътрешността на тръбата има забавяне спирала а. По оста на спиралата преминава електронния лъч и усиления сигнал вълна работи на спиралата. В диаметър, дължина и терена на спиралата, а скоростта на електрона са подбрани така, че електроните са дадени на някои от своята кинетична енергия на вълната на движение. Радиовълните се движат със скоростта на светлината, докато скоростта на електроните в гредата да е много по-малък. Въпреки това, тъй като микровълнова сигнал е принуден да следват спирала, скоростта на неговото развитие по оста на тръбата, близо до скоростта на електронен сноп. Ето защо, с бягаща вълна достатъчно дълго, за да взаимодействат с електроните и усилва чрез абсорбиране енергията си. Ако лампата се доставя от външен сигнал, след това усилва случаен електрически шум на определена резонансна честота и TWT работи като бягаща вълна на микровълнова честота, не властта. Изходната мощност на TWT е значително по-малка от тази на магнетроните и klystrons в една и съща честота. Въпреки това, TWT може да се зададе в изключително широк честотен диапазон и може да служи като много чувствителна ниски усилватели шум. Тази комбинация от свойства прави устройството много ценен TWT микровълнова технология.
Плоски смукателни транзистори. Въпреки klystrons и магнетрони са по-предпочитани като микровълнови генератори, поради подобрения в известна степен възстановен вакуумни триоди важна роля, особено като усилватели на честоти до 3 милиарда. Hertz. Трудностите, свързани с течение на времето, са елиминирани дължи на много малки разстояния между електродите. Нежелан interelectrode капацитет са сведени до минимум, тъй като електродите са направени на окото и всички външни връзки се правят на големи пръстени, които са извън лампата. Както е обичайно в областта на микровълнова фурна, използва резонатор кухина. Резонатор плътно обгражда лампата, и пръстенни съединители осигуряват контакт по цялата обиколка на кухината.
Generator Гън. Такава полупроводникови микровълнова генератор беше предложена през 1963 г. Dzh.Gannom, служител Uotsonovskogo изследователски център на IBM Corporation. В момента, тези устройства осигуряват мощно само от порядъка на миливата при честоти, по-малко от 24 милиарда долара. Херц. Но в тези граници, той има ясни предимства пред малка мощност klystron. Тъй като диод Gunn е единичен кристал от галиев арсенид, е по-стабилен и траен по принцип от klystron, където катода трябва да се нагрява за да се създаде необходимата електронен поток и висок вакуум. Освен това, диодни Гън работи при сравнително ниско захранващо напрежение, а за силата на klystron нужда обемисти и скъпи източници на ток с напрежение от 1000 до 5000 V.
компоненти верига
Коаксиални кабели и отводи. За предаване на електромагнитни вълни от микровълновата не е по въздуха, и в метални проводници изисква специални техники и специални проводници форма. Конвенционални тел чрез която се предава електричество, подходящ за предаване на нискочестотни радио сигнали са неефективни при микровълнови честоти. Всяка дължина на проводник има капацитет и индуктивност. Тези така наречени разпределени параметри печалба е много важно в техниката за микровълнова печка. Комбинацията от проводник капацитет със собствена индуктивност при високи честоти служи като резонансна верига, почти напълно блокира предаването. Тъй като жични електропровода не е възможно да се елиминира влиянието на разпределени параметри, е необходимо да се обърне към други принципи на предаване на микровълни. Тези принципи са въплътени в коаксиални кабели и вълноводи. Кабел коаксиален се състои от вътрешна диригент и покриваща неговата цилиндрична външна диригент. Разликата между тях се запълва с пластмасов изолатор като тефлон или полиетилен. На пръв поглед това може да изглежда като обикновен двойка проводници, но при микровълнови честоти на всяка функция. Микровълнова сигнал въведена от единия край на кабела, в действителност не се прилага метални проводници и изпълнен от изолационен материал междина между тях. Коаксиални кабели са добре предават микровълнови сигнали до няколко милиарда Hz, но при по-високи честоти, тяхната ефективност намалява, и те не са подходящи за голям капацитет за пренос. Конвенционалните канали за предаване на микровълнови вълноводи са под формата на вълни. Вълновод - внимателно изработени метална тръба с правоъгълно или кръгло напречно сечение, в което микровълнов сигнал се разпространява. По-просто казано, вълна насочва вълната, карайки го и след това се отразява от стените. Но в действителност, разпространението на вълната през вълна е разширение на трептене на електрическите и магнитните полета на вълната, като в свободното пространство. Това разпределение на вълновода е възможно само при условие, че неговите размери са в определено съотношение с честотата на излъчвания сигнал. Затова вълноводни точно изчислена като точно обработени и е предназначен само за тесен диапазон от честоти. Други честоти го предава слабо или изобщо не минава. Типичен разпределение на електрически и магнитни полета вътре вълновода е показано на фиг. 3.
Колкото по-висока честота на вълната, толкова по-малко съответните размери на правоъгълен вълновод; след като всички тези размери са толкова малки, че свръх-усложни неговото производство и намалява излъчваната мощност ги ограничават. Следователно, развитието на кръгли вълноводи се стартира (кръгло напречно сечение), което може да бъде достатъчно голям, дори при висока честота микровълновата. Използването на кръгова вълна е ограничено от някои трудности. Например, една вълна трябва да се прави, или неговата ефективност намалява. Правоъгълни вълноводи е лесно огънати, те могат да бъдат дадени на желаната крива форма, и няма ефект върху разпространението на сигнала. Радар и други микровълнова инсталация обикновено изглежда лабиринти на вълноводни пътища свързващи различните компоненти и предаване на сигнал от едно на друго устройство в системата.
Твърдо състояние компоненти. Твърдите компоненти като полупроводници и ферит, играят важна роля в микровълнова технология. По този начин, за откриване на превключване изправяне, преобразуване на честотата и амплификация на микровълнови сигнали заявената германий и силициеви диоди. За усилване прилага също и специални диоди - varicaps (капацитет контролирано) - в схема наречен параметри усилвател. Широко разпространени усилватели от този вид служат за усилване на много малки сигнали, тъй като почти не направи свой собствен шум и изкривяване. В твърдо състояние микровълнова усилвател с ниско ниво на шума и рубин мазер. Такова действие мазер се основава на квантовата-механични принципи, той усилва микровълнов сигнал поради преходи между нивата на вътрешната енергия на атомите в кристала рубин. Rubin (или друг подходящ материал мазер) се потапя в течен хелий, така че усилвателя работи при много ниски температури (само с няколко градуса по-висока от температурата на абсолютна нула). Поради това, нивото на термичен шум във веригата е много ниска, така че Мазер е подходящ за радиоастрономията, радари и други ултра-чувствителни измервания, което е необходимо за откриване и амплифициране много слаби микровълнови сигнали.
Вижте. Също квантовата осцилатори и усилватели. Феритни материали са широко използвани, като магнезиев железен оксид и итрий-желязо гранат за производство на микровълнови ключове, филтри и циркулационни помпи. Феритни устройства се управляват от магнитни полета, и за контролиране потока на висока мощност микровълнова сигнал е достатъчно слабо магнитно поле. Феритни ключове имат предимството над механична че те нямат движещи се части, за да се облечеш, и прехода е много бърз. Фиг. 4 показва типичен ферит устройство - носител. Действат като колелото, циркулационна помпа осигурява следния сигнал само някои пътища, свързващи различните компоненти. Феритни циркулационни помпи и други комутационни устройства, използвани за свързване на няколко микровълнови компоненти на една и съща антена. Фиг. 4 циркулационна не предава за предаване на сигнал към приемника, както и на приемания сигнал - предавателя.
Фиг. 4. циркулационни помпи. Вълноводна устройство, което причинява сигналът се разпространява в една или друга посока. Циркулационната помпа позволява радиото да работи с една антена, без да им липсват излъчвания сигнал към приемника, а получените - в предавателя.
Техниката на микровълни се използва и тунелен диод - сравнително нов полупроводникови устройства, работещи при честоти до 10 млрд Hz .. Той се използва в генератори, усилватели, честотни преобразуватели, и ключове. работа му капацитет е малък, но това е първият полупроводникови устройство, способно да работи ефективно при такива високи честоти.
Вижте. Също полупроводникови електронни устройства.
Антена. Микровълнова антена е голямо разнообразие от необичайни форми. размер на антената е приблизително пропорционално на дължината на вълната на сигнала, и така че е приемлив за проектиране на микровълнова диапазон, което би било твърде тромави до по-ниски честоти. В много проекти на антени се вземат предвид характеристиките на микровълнова радиация, която го носете със светлина. Типични примери са рог антена, параболични отражатели, метал и диелектрични лещи. Също така се използва са спирални и спирални антени често се произвеждат под формата на печатни платки. решетъчна вълна група може да бъде разположен така, че да се получи желаният модел за излъчваната енергия. Също така често се използва диполи като най-известните телевизионни антени, монтирани на покривите. В такива антени често са идентични елементи, разположени на интервали е равен на дължината на вълната и увеличаване на натиск се дължи на смущенията. Микровълнови антени обикновено са проектирани така, че те са изключително целенасочено, както и в много микровълнови системи, важно е, че енергията, предадена и получена точно правилната посока. антена насоченост увеличава с нейния диаметър. Но вие може да намали на антената, като същевременно се поддържа вниманието си, ако се върнем към по-високи работни честоти. Много от "огледални" антена с параболичен или сферични метални рефлектор, специално предназначени за приемане на много слаби сигнали, идващи например от междупланетен космически кораб или от далечни галактики. В Arecibo (Пуерто Рико) е един от най-големите телескопи с метален рефлектор под формата на сферичен сегмент, чийто диаметър е 300 m антената има стационарен ( "Меридиан") база .; неговото получаване на радио лъч се премества в небето се дължи на въртенето на Земята. Най-големият (76 т) напълно мобилна антена е разположена в Jodrell Behnke (UK). Ново в областта на антени - Антена с електронен контрол посока; такава антена не е необходимо да се върти механично. Тя се състои от множество елементи - вибратори, които могат да се свързват по електронен път различен един с друг и по този начин осигуряват чувствителност "решетка", във всяка желана посока.
Вижте. Също антена.
СПРАВКА
Микровълнова полупроводникови устройства и техните приложения. М. 1972 мощни електрически вакуум микровълнови устройства. М. 1974 полупроводници в микровълнови схеми. М. 1979
Помощ за Търсене на двигатели