Физические основы микроволновой электроники. Курс лекций

ФИЗИЧЕСКИЕ  ОСНОВЫ МИКРОВОЛНОВОЙ

ЭЛЕКТРОНИКИ  (ФОМЭ)

Курс лекций

Общий объем 51 час: 34 часа лекций, 17 часов лабораторных работ (4 работы), аудиторные контрольные работы (на лекциях). Рейтинговая система учитывает знание теории (по результатам контрольных работ) и качество выполнения лабораторного практикума.Студенты, не аттестованные по результатам рейтинга, сдают Теоретический Зачет по всему курсу (при защищенных лабораторных работах).

Целью преподавания дисциплины является подготовка специалиста в области микроволновой электроники. Излагаются физические основы работы широко используемых приборов СВЧ. Рассматриваются принципы действия, основные характеристики и  области применения  микроволновых  приборов.

Дисциплина "Физические основы микроволновой электроники" является специальным разделом физики, который обеспечивает подготовку в области физических явлений и процессов, происходящих в электронных приборах диапазона СВЧ. Физические принципы работы усилительных и генераторных электронных приборов, используемых в микроволновом диапазоне, имеют существенные особенности, которые изучаются в данном курсе.

После изучения дисциплины студенты должны: понимать физические основы работы и знать  возможности разных типов  приборов, уметь правильно выбрать наиболее подходящий прибор для  конкретного  радиотехнического устройства, приобрести навыки работы с наиболее распространенными электронными приборами СВЧ.

Список  литературы

Основная

1. Федоров Н.Д. Электронные приборы СВЧ и квантовые приборы: Учебник.-Изд.2-е,перераб. и доп.-М.:Атомиздат,1979.

2. Электронные  приборы  СВЧ: Учеб. пособие  для    вузов    по спец." Электронные приборы"/Березин В.М., Буряк В.С., Гутцайт Э.М., Марин В.А.-М.: Высш. школа, 1985.

3.Электронные приборы СВЧ: Учеб. пособие/Поздняков  А.Д. -Владимир: ВлГТУ,1994.

    Дополнительная

1.Кукарин С.В. Электронные приборы СВЧ. Характеристики, применение, тенденции развития. - М.: Радио и связь, 1981.

2.Вамбергский М.В. и др.  Передающие  устройства  СВЧ: Учебное пособие для радиотехнических спец. вузов/ Вамбергский М.В., Казанцев В.И., Шалухин С.А., под ред. М.В. Вамбергского - М.: Высш. школа, 1984.

3.Колосов М.В., Перегонов С.А. СВЧ генераторы и усилители  на полупроводниковых приборах. М.: Сов. радио, 1974.

4.Андрушко Л.М., Бурмистенко В.И. Электронные и квантовые приборы. М.: Атомиздат, 1979.

5. ДУЛИН В.Н. Электронные и квантовые приборы СВЧ: Учебник для студентов высш. техн. учебн. заведений.- М.: Энергия, 1972.

ФОМЭ:  Лекция 1.  

Введение

В соответствии с рекомендациями МККР (Международного консультативного комитета по радио) весь спектр электромагнитных колебаний может быть разделен на следующие диапазоны (здесь Гига - 10⁹, Тера - 10¹²):

ВЧ (3...30 МГц) - высокие частоты - декаметровые волны - ДаМВ (100...10 м)              

ОВЧ (30...300 МГц) - очень высокие частоты - метровые волны -МВ (10...1 м)

УВЧ (0,3...3 ГГц) -ультравысокие частоты - дециметровые волны- ДМВ(1...0,1 м)

СВЧ (3...30 ГГц) -сверхвысокие частоты - сантиметровые волны- СМВ(10...1 см)

КВЧ (30..300 ГГц)-крайневысокие частоты-миллиметровые волны-ММВ(10..1мм)

УСВЧ (0,3..3 ТГц) -ультраСВЧ - дециММВ (субмиллиметровые)-ДММВ (1..0,1мм)

Таким образом, если подойти строго, то диапазон СВЧ - это диапазон СМВ. Однако, в более широком смысле, под диапазоном СВЧ подразумевают такой диапазон частот, в котором используются специфические методы усиления, генерации и передачи  (канализации) электромагнитного поля, базирующиеся на применении теории распределенных параметров. Именно в этом (более широком) смысле мы будем далее использовать термин СВЧ.

Начиная с 0,34 мм = 340 мкм (УСВЧ), расположен оптический диапазон  (ОД) волн: инфракрасный 340...0,77 мкм, видимый 0,77...0,38 мкм, ультрафиолетовый 0,38...0,01 мкм.     

Значение техники СВЧ и области ее применения

Техника СВЧ с каждым годом находит все большее применение в различных областях народного хозяйства. Ее широко используют в системах связи и радиопротиводействия, радиовещания и телевидения, радиолокации и радионавигации, телеметрии и радиоуправления, радиоастрономии и метеорологии, медицине и метрологии, промышленности и сельском хозяйстве, науке и др. В конце 20 века в США производилось более 1 млн. СВЧ-приборов на общую сумму 5 млрд. долларов.

Все страны мира покрыты густой сетью СВЧ радиорелейных и кабельных линий, по которым осуществляются все виды связи, телефонные разговоры и телевизионные передачи. Региональные и глобальные информационные сети базируются на использовании техники СВЧ. Развивается связь через спутники, связь за счет тропосферного и ионосферного рассеяния.

Важную роль  устройства СВЧ играют в развитии космической