Техніка і електроніка СВЧ

Реферат на тему:

Техніка і електроніка СВЧ.

Існують локаційні пристрої, які повинні працювати на м, 0ГГц. Оскільки м мають малу роздільну здатність, а оптичний діапазон швидко поглинаються постає необхідність вивчення НВЧ діапазону.

Перші НВЧ прилади виникли під час 2-ї світової війни при створенні РЛС. Застосування НВЧ електроніки:

1. 1.Малопотужна електроніка: НВЧ телебачення — супутникове, мобільні телефони, комп’ютери.

2. 2.Потужна електроніка: НВЧ — піч, РЛ — електроніка.

Фізичні причини виділення діапазону НВЧ

D — розмір об'єкта. При $$D\text{<<}$$ — закон Кірхгофа, Ома, $$D\text{>>}$$ — використовуються закони променевої оптики, $$D\text{~}$$ — НВЧ діапазон, диференційна інтерференція. Отже в НВЧ не можемо користуватись законами Кірхгофа і геометричної оптики. Закони Кірхгофа мають місце до якихось частот та швидкості розповсюдження інформації - швидкості світла.

Розглянемо малюнок. Даний ланцюг можна розрахувати за допомогою закону Ома, поки генератор — постійного струму. Розглянемо змінну напругу: електрон почне рух тоді, коли сигнал про потенціал дійде до нього: $$t=\raisebox{1ex}{$l$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$c$}\right.$$. Якщо частота генератора така, що $$t=\raisebox{1ex}{$T$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$2$}\right.$$, то в той час, як електрон рухається в одну сторону, генератор вже сформував зворотній потенціал, тобто існують струми в різних напрямках. Отже не можна використовувати звичайні закони.

Описаний ефект — ефект запізнення.

1. 1. $$\frac{l}{c}=\frac{T}{2}$$ на частоті $$f={\text{10}}^{\text{10}}\text{Гц}=\text{10}\text{ГГц},=3\text{см}$$ при таких $$f$$ працюють РЛС. На частоті 10ГГц при $$l=\mathrm{1,5}\text{см}$$ ніяких законів Кірхгофа, Ома вже застосовувати не можна.

2. 2.Виникнення випромінювання. При змінному струмі можливе випромінювання, на його характеристики впливає відстань між дротами по відношенню до $$$$. 50Гц: ~100км. Тому зі збільшенням частоти основна енергія знаходиться поза провідником у вигляді поля.

3. 3.При високій частоті - густина струму розподілена нерівномірно, електрони рухаються в скін шарі товщиною ~1мкм. Тому опір потрібно рахувати іншими законами.

Найбільш розвинутий оптичний діапазон НВЧ.

Рівняння Максвела 2-ого порядку описують всі електромагнітні явища:

$$\begin{array}{c}\begin{array}{c}\text{rot {}\stackrel{}{H}\end{array}=\frac{1}{c}\frac{\stackrel{}{D}}{t}+\frac{4}{c}\stackrel{}{j}\\ \\ \text{rot {}\stackrel{}{E}\\ \\ -\frac{1}{c}\frac{\stackrel{}{B}}{t}\\ \\ \text{div {}\stackrel{}{D}\\ \left(\right)\{4\text{div {}\stackrel{}{B}0\end{array}$$.

де $$\stackrel{}{j}$$ — густина струму, $$\stackrel{}{E}$$ — напруженість ЕП, $$\stackrel{}{H}$$ — напруженість МП, $$\stackrel{}{B}$$ — індукція МП, $$\stackrel{}{D}$$ — індукція ЕП, $$$$ — густина заряду, $${\stackrel{}{j}}_{\text{пов}}$$ — поверхневий струм.

Поки що монополь Дірака не виявлено.

Знаки розставлено відповідно до положення векторів $$\stackrel{}{E}$$, $$\stackrel{}{H}$$ та напрямку розповсюдження хвилі $$\stackrel{}{k}$$ — утворюють праву трійку. Це — не всі рівняння Максвела, у такій формі їх іноді називають рівняннями Герца.

Рівняння записано в СГСЕ. В системі СІ не буде $$c$$, $$4$$ — це зручно, але в СІ опір вільного простору скінчений, що немає фізичного змісту.

Ці диференційні рівняння в частинних похідних другого порядку неоднорідні. Хоча з точки зору математики рівняння Максвела лінійні. Але лінійні рівняння ніколи не описують підсилення, генерації і т.д. Електромагнітні процеси нелінійні. Нелінійність обумовлюється речовиною, яку описують рівняння: $$D=\stackrel{}{E},={}_0+{}_{1}E+{}_2{E}^2$$. Народження електрону — позитивної пари в вакуумі - нелінійний процес. Крім цього можна генерувати гармоніки, 1 з 1050 фотонів зливаються і дають новий фотон.

$$J=\stackrel{}{j}\stackrel{}{n}\text{ds}$$, $$\stackrel{}{j}$$ (А/см2), поверхневий струм — $$J=j_{\text{пов}}\text{dy}$$, $$j_{\text{пов}}$$ (А/см).

Матеріальне рівняння — рівняння неперервності. $$\frac{\mathit{d}}{\text{dt}}=-\text{div {}\stackrel{}{j}$$. Ніякого струму не може бути якщо заряд не виноситься.

$$\text{div}$$ — що виноситься.

$$\text{rot}$$ — що залишається в середині.

$$\stackrel{}{B}=\stackrel{}{H},\stackrel{}{j}=\stackrel{}{E},\stackrel{}{D}=\stackrel{}{E}$$ — це рівняння в частинних похідних, тому дуже важливі граничні та початкові умови. Всі фізичні поля неперервні з точки зору фізики.

Граничні умови: $$E_t^{(1)}=E_t^{(2)}$$, $$B_n^{(1)}=B_n^{(2)}$$ .

Магнітне поле всередині металу (має уявні розриви): $$H_t^{(1)}-H_t^{(2)}=\frac{4}{c}{j}_{\text{пов}}$$ .

Не буває нульової товщини тому всередині металу буде плавний перехід, тому що поля неперервні.

В векторному вигляді: