§ 1.1. трудноста палу щ#ия

СВЧ-КОЛЕБАНИИ

при освоении СВЧ-диапазона пришлось преодолевать ряд трудностей генерирования электромагнитных колебаний, которые обусловлены следующими причинами.

С увеличением частоты / все большее влияние на работу генераторов оказывают паразитные емкости и индуктивности, образуемые конструктивными элементами самих устройств. При этом модуль реактивного сопротивления емкостей уменьшается, а индуктивностей увеличивается: шунтирующие емкости закорачивают соответствующие участки схемы генератора, а на последовательных индук-тивностях создаются дополнительные падения напряжения, и тем самым они разделяют участки схемы. Поэтому на высоких частотах и особенно в СВЧ-диапазоне паразитные емкости (межэлектродные емкости в лампах, емкости р-п-пе-реходов в полупроводниковых приборах, емкости монтажа и т. д.) и паразитные индуктивности должны быть сведены к минимуму. Следует заметить, что в СВЧ-диапазоне даже короткие выводы электронных ламп, полупроводниковых приборов, короткие монтажные провода оказывают большое влияние на работу генераторов.

С увеличением частоты возрастают потери в элементах генераторных схем. В металлических проводниках они растут за счет поверхностного скин-эффекта, так как сопротивление проводников возрастает пропорционально ] . Отдельные элементы генераторов, являясь сложными структурами, имеют ярко выраженную зависимость сопротивления от частоты. Так, некоторые оксидные катоды электровакуумных приборов могут иметь в СВЧ-диапазоне максимум сопротивления (около 10 Ом). С увеличением частоты в общем случае возрастают потери и в диэлектриках. На некоторых частотах СВЧ-диапазона эти потери имеют ярко выраженные максимумы. В СВЧ-диапазоне возникают также дополнительные потери на излучение, так как отдельные конструктивные элементы генераторов, электрическая длина которых становится соизмеримой с длиной волны СВЧ-колебаний, работают как антенны, излучая часть полезной энергии в окружающее пространство.

В СВЧ-диапазоне период электромагнитных колебаний измеряется наносекундами. В электронных приборах это время становится соизмеримым с временем прохождения

(пролета) электронами межэлектродного пространства, поэтому здесь начинают сказываться инерционные свойства электронов. При этом за время пролета напряжение на электродах прибора может существенно измениться. Это сильно влияет на работу приборов, приводит к росту потерь, что ухудшает энергетические характеристики генераторов.

Таким образом, в СВЧ-диапазоне за счет описанных явлений с увеличением частоты при прочих равных условиях мощность на выходе генератора и его к. п. д. должны уменьшаться.

Для преодоления трудностей генерирования СВЧ-колебаний используют три пути: совершенствуют схемы генераторов; совершенствуют сами генераторные приборы; разрабатывают принципиально новые методы генерирования.

Высокочастотный предел применимости генераторов на электронных лампах удалось несколько повысить за счет применения специальных схем нейтрализации проходной емкости лампы (нейтродинных схем) и схемы с общей сеткой. Однако это позволило освоить только диапазоны коротких и ультракоротких волн.

Совершенствование генераторных приборов привело к созданию специальных триодов и тетродов, с помощью которых удалось получить электромагнитные колебания в метровом, дециметровом и сантиметровом диапазонах воли.

Наиболее эффективным оказался третий путь. Весьма плодотворной здесь явилась идея использовать взаимодействие электромагнитных колебаний резонансных и замедляющих систем с динамически управляемыми потоками электронов. Это привело к созданию магнетронных и клис-тронных генераторов, генераторов на лампах бегущей (прямой) и обратной волн, успешно работающих в дециметровом, сантиметровом и миллиметровом диапазонах волн.

Использование физических эффектов, возникающих в твердом теле (туннельного, эффекта Ганна), и лавинно-пролетных явлений позволило создать новые типы полупроводниковых генераторных диодов, которые в настоящее время совершенствуются. Им, несомненно, принадлежит будущее.

I 1.2. КЛАССИФИКАЦИЯ ПЕРЕДАЮЩИХ УСТРОЙСТВ СВЧ И ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К НИМ

В настоящее время разработаны различные передатчики, которые можно классифицировать по следующим основным признакам:

по типу генераторных приборов: на электровакуумных триодах и тетродах, клистронах, магнетронах, лампах бегущей (прямой) и обратной волн, полупроводниковых приборах и т. д.;

по назначению: связные, телевизионные, локационные, навигационные, телеметрические, систем телеуправления; используемые в технологических целях, в медицине, физике, химии; для передачи электроэнергии;

по диапазонам волн: передатчики метровых, дециметровых, сантиметровых и миллиметровых волн;

по мощности, отдаваемой в антенну: передатчики малой, средней и большой мощности;

по виду модуляции; с амплитудной, импульсной, частотной, фазовой, амплитудно-импульсной (АИМ), частотно-импульсной (ЧИМ), фазо-импульсной (ФИМ), ши- ротно-импульсной (ШИМ) модуляцией;

по мобильности: стационарные, передвижные (бортовые), переносные.

Следует заметить, что каждая классификационная группа передатчиков имеет определенную совокупность общих особенностей и может быть предметом самостоятельного рассмотрения. В данной книге материал изложен в соответствии с первым признаком.

К передатчикам предъявляют целый комплекс требований, которые обусловлены их использованием в различных целях.

Электрические требования

1. Рабочая частота (длина волны), рабочая полоса частот, диапазон частот, которые определяются назначением -прибора.

2. Стабильность частоты. Для передатчиков, используемых в информационных целях, стабильность частоты должна быть высокой. Для передатчиков, используемых в технологических, энергетических целях, это требование не является столь жестким.