Устройства генерирования и канализации субмиллиметровых волн

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Ламповые и полупроводниковые генераторные приборы субмиллиметрового диапазона

1.1 Лампы обратной волны (ЛОВ)

1.2 Плазменные приборы

1.3 Полупроводниковые генераторы

2. Резонансные системы субмиллиметрового диапазона

3. Канализация энергии в субмиллиметровом диапазоне

3.1 Металлические волноводы

3.1.1 Одноволновые металлические

волноводы

3.1.2 Металлические волноводы увеличенных сечений

3.2 Диэлектрические волноводы

3.3 Квазиоптическая линия, образованная передающей и приемной апертурами

3.4 Линзовые и зеркальные лучевые волноводы

4. Элементы трактов субмиллиметрового диапазона

4.1 Направленные ответвители

4.2 Аттенюаторы

4.3 Модуляторы

5. Элементы трактов субмиллиметрового диапазона

5.1 Измерение частоты и длины волны

5.1.1 Волномеры с объемными резонаторами

5.1.2 Резонансные волномеры с плоскими оптическими зеркалами

5.1.3 Резонансные волномеры с выпуклыми зеркалами

5.1.4 Гетеродинные частотомеры

5.1.5 Интерференционный метод измерения длины волны

5.1.6 Дифракционный метод измерения длины волны

5.2 Измерение мощности

5.2.1 Калориметрические измерения

5.2.2 Тепловые измерители проходящей мощности

5.2.3 Пондеромоторные измерители мощности

5.2.4 Болометрические измерители мощности

5.2.5 Пироэлектрические измерители мощности

6. Распространение и применение радиотехнических систем миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов волн

6.1 Характеристики распространения

6.2 Эффект поверхности рассеяния объектов

6.3 Военные и гражданские применения

Заключение

Список использованных источников

Введение

Проблема генерирования колебаний в субмиллиметровом диапазоне радиоволн является одной из наиболее трудных проблем современной радиотехники.

В последние годы успешно разрабатываются маломощные генераторы миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов. Но задача генерирования мощных высокостабильных колебаний в диапазоне 300—3000 ГГц практически пока не решена. Большинство методов генерирования колебаний большой мощности в указанном диапазоне исследовано лишь теоретически, а их экспериментальная проверка проводилась на миллиметровых волнах, что затрудняет в ряде случаев окончательную оценку их перспективности.

Следует особо подчеркнуть, что существующие генераторы субмиллиметровых волн, например ЛОВ, квантовые генераторы (лазеры) и другие, являются принципиально источниками монохроматических колебаний.

Под воздействием различных факторов спектральная линия современных генераторов субмиллиметровых волн уширяется, однако ширина этой спектральной линии значительно уже, чем спектр некогерентных источников. С помощью специальных мер ширина спектральной линии когерентных источников может быть значительно сужена. В этом случае говорят о стабилизации частоты когерентных генераторов. Таким образом, с проблемой генерации тесно связана проблема стабилизации частоты. Очевидно, в первую очередь представляют интерес исследования, направленные на повышение стабильности частоты существующих генераторов. Поэтому ниже рассматриваются вопросы стабилизации частоты генераторов типа ламп обратной волны и лазеров.

В настоящей работе на основе литературных источников дано общее представление о методике и способах проникновения в область субмиллиметровых волн, кратко освещены направления изысканий принципиально возможных способов генерирования субмиллиметровых волн. Теория рассматриваемых генераторов не приводится. Излагаются лишь основные принципы работы, а так же рассмотрены наиболее перспективные области применения и распространение радиотехнических систем миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов волн.

1. Ламповые и полупроводниковые генераторные приборы субмиллиметрового диапазона

Задача создания генераторов субмиллиметровых волн решалась путем моделирования электровакуумных приборов СВЧ диапазона. Успехи, достигнутые при моделировании СВЧ приборов, в значительной степени определялись улучшением технологии изготовления электронных пушек и замедляющих структур (ЗС).

Естественно, по мере увеличения частоты возникают специфические трудности, ограничивающие генерируемые мощности и типы моделируемых приборов. В настоящее время из широко распространенных приборов СВЧ субмиллиметровые волны генерируют только лампы обратной волны типа О и клистроны.

Определенный интерес представляет возможность вместо обычной замедляющей структуры использовать плазменный волновод и на этой основе разработать плазменные усилители и генераторы.

1.1 Лампы обратной волны (ЛОВ)

Разработка ЛОВ для субмиллиметровых волн основывалась на методе масштабного копирования. Однако полное масштабное копирование невозможно, так как в субмиллиметровом диапазоне этому препятствуют трудность создания чрезвычайно больших плотностей тока в электронном пучке, сложность изготовления замедляющих систем, обеспечивающих высокие электрические характеристики и хороший отвод тепла.

С повышением частоты необходимо увеличивать плотность мощности пучка, что связано как с возрастанием омических потерь, так и с сокращением эффективно взаимодействующей с электромагнитным полем площади поперечного сечения пучка. При пропорциональном моделировании, как известно, площадь поперечного сечения электронного пучка уменьшается пропорционально квадрату длины волны.

Большое сжатие пучка обеспечивает его малый диаметр и большую плотность без перегрузки катода.

Однако для фокусировки сильно сжатого пучка требуется большая величина магнитного поля. Магнитное поле возрастает приблизительно пропорционально частоте. Весьма критичной становится точность центровки электродов и сопряжения пушки с ЗС. Угловая точность в субмиллиметровом диапазоне должна быть выше 1˚.

Задача создания электронных пушек для ЛОВ субмиллиметрового диапазона является весьма сложной. В опытах с одной из пушек самый малый диаметр пучка составлял 0,06 мм при 85%-ной фокусировке. Плотность тока превышала 1000 А/см2 при напряженности магнитного поля 8000 э.

Параметры электронных пушек в значительной мере определяют частотный предел ламп. По мере их совершенствования будут повышаться генерируемые частоты и энергетические характеристики ламп.

Замедляющие системы, таким образом, должны иметь по возможности большие геометрические размеры периодической структуры, обладать хорошим теплоотводом и быть простыми в изготовлении, т. е. для рассматриваемого диапазона перспективными являются замедляющие системы простой формы с наибольшим шагом периодической структуры. Этим требованиям наилучшим образом удовлетворяют различные варианты периодической структуры типа гребенки. Основные достоинства таких замедляющих систем: простота изготовления, малые омические потери, так как пучок обычно взаимодействует с первой пространственной гармоникой. Сопротивление связи мало (порядка Ома). Благодаря тому, что основание такой системы массивное, допускаются большие мощности рассеивания.

 Скачать реферат