Сверхвысоких частот техника

Сверхвысоких частот техника

Сверхвысоких частот техника – это область науки и техники, которая связана с изучением и применением свойств электромагнитных волн и колебаний в диапазоне 300 МГц – 300 ГГц. Сокращенно техника сверхвысоких частот называется СВЧ-техникой. СВЧ-техника различается по типам решаемых задач и связанным с ними областям использования устройств. Это телевизионные, информационные, радиолокационные, радионавигационные, энергетические, медицинские, биологические и другие области. Системы и устройства СВЧ-техники широко применяются в научных исследованиях, которые проводятся в ядерной физике, радиоспектроскопии, радиоастрономии, физике твердого тела и т. д. Широкий СВЧ-диапазон делится на участки, которые определяются длиной волны. Это могут быть участки миллиметровых, сантиметровых, дециметровых и метровых волн.

В отличие от других подобных устройств устройства сверхвысокочастотной техники обладают определенными специфическими характеристиками. В СВЧ-технике длина волны соразмерна с линейными размерами устройств. Соразмерны также время движения электронов в приборах и период СВЧ-колебаний. Кроме этого, устройства обладают высоким коэффициентом отражения от поверхностей из металла, могут концентрировать СВЧ-энергию в узком электронном луче, имеют большую информационную емкость диапазона и т. д.

Пассивные цепи диапазона СВЧ, которые не содержат источников энергии, имеют вид линий передачи и отрезков линий передачи. Они выполняют функцию коаксиальных и двухпроводных радиоволноводов, с помощью которых приемнику передается электромагнитная энергия. После этого в приемнике выделяются сигналы полезной информации или сигналов СВЧ-энергии. Длина линии передачи или равна длине волны, или превосходит ее.

Волна распространяется в линии одинаково с периодом колебаний СВЧ или быстрее.

Индуктивность, емкость и активное сопротивление линии передачи распределяются вдоль всего проводника, поэтому линии входят в группу цепей с распределенными параметрами.

Сочетания пассивных и активных цепей СВЧ применяются при создании различных устройств, таких как генераторы, усилители, приемники излучения, умножители частоты и т. д. В СВЧ-устройствах используются водородные генераторы, сверхпроводящие резонаторы, в результате чего стала получаться малая относительная нестабильность частоты.

В последнее время стоит вопрос об увеличении надежности и миниатюризации аппаратуры, которая работает в системе невысокого энергетического потенциала. Результатом решения вопроса стало создание полностью полупроводниковых приемных и передающих устройств. Интегральные схемы сверхвысокочастотной техники составляют десятки мкм, их конструируют из элементов цепей, которые состоят из двухпроводных линий.

Масштаб использования СВЧ-техники возрастает, и поэтому повышается уровень СВЧ-энергии на земном шаре, увеличивается локальная интенсивность излучения этой энергии передающими антеннами. Если к антенне подводится высокая СВЧ-мощность, то возникает высокое напряжение, весьма опасное для здоровья и даже жизни людей, находящихся вблизи от источника. Медики учредили специальный раздел гигиены труда, который носит название радиогигиены. Она изучает биологическое влияние радиоизлучений на человека и животных, разрабатывает меры по предотвращению вредных воздействий энергии СВЧ. Для здоровья человека считается безопасным плотность потока мощности поля, равная 100 мВт/см² в течение 2 часов. В то же время слабые дозы облучения сверхвысокочастотными волнами используются в микроволновой терапии для электролечения.