СВЧ-ЭЛЕКТРО́НИКА

СВЧ-ЭЛЕКТРО́НИКА, об­ласть элек­тро­ни­ки, ох­ва­ты­ваю­щая про­бле­мы соз­да­ния и при­ме­не­ния элек­трон­ных при­бо­ров и уст­ройств, пред­на­зна­чен­ных для ра­бо­ты в диа­па­зо­не СВЧ (ус­лов­но от 300 МГц до 3000 ГГц). При при­бли­же­нии к СВЧ ра­бо­та мн. элек­трон­ных ва­ку­ум­ных при­бо­ров с се­точ­ным управ­ле­ни­ем (тет­ро­дов, пен­то­дов и др.) ста­но­вит­ся прак­ти­че­ски не­воз­мож­ной вслед­ст­вие со­из­ме­ри­мо­сти пе­рио­да ко­ле­ба­ний с вре­ме­нем про­лё­та элек­тро­нов в ме­жэ­лек­трод­ном про­стран­ст­ве. Ухуд­ше­ние ра­бо­ты элек­т­рон­ных при­бо­ров с по­вы­ше­ни­ем час­то­ты обу­слов­ле­но так­же влия­ни­ем ин­дук­тив­но­стей и ём­ко­стей элек­тро­дов и вво­дов, со­из­ме­ри­мо­стью ли­ней­ных раз­ме­ров при­бо­ра и его внеш­ней элек­трич. це­пи с ра­бо­чей дли­ной вол­ны.

В ос­но­ву боль­шин­ст­ва совр. СВЧ-при­бо­ров по­ло­же­ны прин­ци­пы взаи­мо­дей­ст­вия но­си­те­лей за­ря­да (гл. обр. элек­тро­нов) с элек­тро­маг­нит­ны­ми СВЧ-по­ля­ми. Важ­ную роль в ра­бо­те та­ких при­бо­ров иг­ра­ют яв­ле­ния груп­пи­ро­ва­ния элек­тро­нов и на­ве­де­ния то­ка во внеш­них це­пях при дви­же­нии но­си­те­лей за­ря­да, а так­же прин­ци­пы от­бо­ра ки­не­тич. или по­тен­ци­аль­ной энер­гии от элек­трон­ных по­то­ков. Ре­ше­ние про­блем СВЧ-э. тре­бу­ет ор­га­нич. слия­ния элек­трон­но­го при­бо­ра с элек­тро­ди­на­мич. уст­рой­ст­ва­ми – ре­зо­на­то­ра­ми, за­мед­ляю­щи­ми сис­те­ма­ми и др. эле­мен­та­ми СВЧ-це­пи.

До­ми­ни­рую­щее по­ло­же­ние в СВЧ-э. за­ни­ма­ют при­бо­ры ва­ку­ум­ной и твер­до­тель­ной (гл. обр. ПП) элек­тро­ни­ки, обес­пе­чи­ваю­щие ге­не­ри­ро­ва­ние, уси­ле­ние и пре­об­ра­зо­ва­ние СВЧ-ко­ле­ба­ний. Су­ще­ст­ву­ет так­же класс га­зо­раз­ряд­ных при­бо­ров СВЧ, ис­поль­зуе­мых в осн. для це­лей ком­му­та­ции и управ­ле­ния СВЧ-ко­ле­ба­ния­ми. При­бо­ры кван­то­вой элек­тро­ни­ки при­ме­ня­ют­ся в СВЧ-диа­па­зо­не пре­им. в ка­че­ст­ве вы­со­ко­ста­биль­ных стан­дар­тов час­то­ты и сверх­ма­ло­шу­мя­щих уси­ли­те­лей сла­бых сиг­на­лов (см. Кван­то­вые стан­дар­ты час­то­ты, Кван­то­вый уси­ли­тель).

Ста­нов­ле­ние СВЧ-э. в 1920-х гг. обу­слов­ле­но пре­ж­де все­го по­треб­но­стью ра­дио­ло­ка­ции в зна­чи­тель­ном по­вы­ше­нии час­то­ты ис­поль­зуе­мых ра­дио­волн для по­лу­че­ния вы­со­кой на­прав­лен­но­сти из­лу­че­ния и уве­ли­че­ния чис­ла ка­на­лов свя­зи. На ос­но­ве дос­ти­же­ний в об­лас­ти фи­зич. ос­нов элек­тро­ни­ки бы­ли раз­ра­бо­та­ны прин­ци­пы ди­на­мич. управ­ле­ния и фа­зо­вой фо­ку­си­ров­ки элек­трон­ных по­то­ков, по­зво­лив­шие пре­одо­леть не­дос­тат­ки элек­тро­ста­тич. се­точ­но­го управ­ле­ния на час­то­тах св. 3 ГГц.

Важ­ный этап раз­ви­тия СВЧ-э. свя­зан с изо­бре­те­ни­ем и раз­ра­бот­кой в 1937–40 СВЧ-трио­дов, ор­га­ни­че­ски объ­е­ди­нён­ных с внеш­ни­ми объ­ём­ны­ми ре­зо­нанс­ны­ми сис­те­ма­ми, про­лёт­ных и от­ра­жат. клис­тро­нов, а так­же мно­го­ре­зо­на­тор­ных маг­не­тро­нов; в сер. 1940-х гг. соз­да­ны лам­пы бе­гу­щей вол­ны (ЛБВ), ис­поль­зую­щие дли­тель­ное взаи­мо­дей­ст­вие элек­трон­но­го по­то­ка и за­мед­лен­ной элек­тро­маг­нит­ной вол­ны. Эти при­бо­ры, ос­та­ва­ясь осн. при­бо­ра­ми ва­ку­ум­ной СВЧ-э., обес­пе­чи­ва­ют по­лу­че­ние в сан­ти­мет­ро­вом диа­па­зо­не длин волн ср. мощ­но­стей до 1 МВт и им­пульс­ных мощ­но­стей вплоть до со­тен МВт при вы­со­ких зна­че­ни­ях кпд, ши­ро­кой по­ло­се ра­бо­чих час­тот и вы­со­кой ста­биль­но­сти час­то­ты и фа­зы ко­ле­ба­ний.

Твер­до­тель­ная СВЧ-э. вплоть до сер. 20 в. бы­ла пред­став­ле­на в осн. де­тек­тор­ны­ми и сме­си­тель­ны­ми по­лу­про­вод­ни­ко­вы­ми дио­да­ми, в ко­то­рых ис­поль­зо­ва­лись ма­ло­инер­ци­он­ные свой­ст­ва p–n-пе­ре­хо­да; та­кие дио­ды ши­ро­ко при­ме­ня­ют­ся в кон­троль­но-из­ме­рит. ап­па­ра­ту­ре и во вход­ных це­пях при­ём­ных СВЧ-уст­ройств. От­кры­тие в 1959 ла­вин­но-про­лёт­ных дио­дов, а в 1963 Ган­на дио­дов по­зво­ли­ло соз­дать на их ос­но­ве твер­до­тель­ные ма­ло­мощ­ные ге­не­ра­то­ры и уси­ли­те­ли СВЧ, при­бли­жаю­щие­ся по сво­им па­ра­мет­рам и ха­рак­те­ри­сти­кам к от­ра­жат. клис­тро­нам. На ос­но­ве ПП дио­дов с не­ли­ней­ной ём­ко­стью в 1950–60-х гг. раз­ра­бо­та­ны так­же па­ра­мет­ри­че­ские уси­ли­те­ли, не ус­ту­паю­щие по уров­ню шу­ма наи­бо­лее со­вер­шен­ным ЛБВ.

Со­вер­шен­ст­во­ва­ние тран­зи­сто­ров в 1970–80-х гг. обу­сло­ви­ло даль­ней­шее раз­ви­тие твер­до­тель­ной СВЧ-э. Осо­бые ус­пе­хи дос­тиг­ну­ты в сни­же­нии ко­эф. шу­ма уси­ли­те­лей на по­ле­вых тран­зи­с­то­рах, что оп­ре­де­ли­ло их ис­поль­зо­ва­ние во вход­ных це­пях при­ём­ных уст­ройств. Раз­ра­бо­та­ны так­же СВЧ-уст­рой­ст­ва на ос­но­ве пе­ре­клю­чат. дио­дов и ог­ра­ни­чи­тель­ных дио­дов, обес­пе­чи­ваю­щие за­щи­ту вхо­да при­ём­ни­ка из­лу­че­ния и управ­ле­ние фа­зой и мощ­но­стью ге­не­ри­руе­мых элек­тро­маг­нит­ных ко­ле­ба­ний.

Ва­ку­ум­ные и твер­до­тель­ные при­бо­ры «про­ник­ли» в мил­ли­мет­ро­вый и суб­мил­ли­мет­ро­вый диа­па­зо­ны длин волн. Наи­бо­лее ко­рот­кая дли­на вол­ны ко­ге­рент­ных ко­ле­ба­ний, по­лу­чен­ная с по­мо­щью лам­пы об­рат­ной вол­ны, со­став­ля­ет ок. 0,2 мм. Про­бле­ма по­лу­че­ния вы­со­ких мощ­но­стей (до 1 МВт) в мил­ли­мет­ро­вом диа­па­зо­не ус­пеш­но ре­ше­на бла­го­да­ря соз­да­нию ма­зе­ров на цик­ло­трон­ном ре­зо­нан­се.

Ре­шаю­щую роль в соз­да­нии и со­вер­шен­ст­во­ва­нии при­бо­ров СВЧ-э. иг­ра­ет но­вей­шая ва­ку­ум­ная и ПП тех­но­ло­гия, ис­поль­зо­ва­ние сверх­чис­тых ма­те­риа­лов, раз­ра­бот­ка и при­ме­не­ние элек­тро­ис­кро­вой об­ра­бот­ки, пре­ци­зи­он­ной фо­то­ли­то­гра­фии, но­вых ме­то­дов свар­ки и др. Реа­ли­за­ция зна­чит. плот­но­сти то­ка, не­об­хо­ди­мой для боль­шин­ст­ва ва­ку­ум­ных СВЧ-при­бо­ров, ста­ла воз­мож­ной бла­го­да­ря усо­вер­шен­ст­во­ва­нию и раз­ра­бот­ке но­вых ти­пов ка­то­дов, свой­ст­ва ко­то­рых оп­ре­де­ля­ют осн. экс­плуа­тац. и по­тре­би­тель­ские ха­рак­те­ри­сти­ки элек­тро­ва­ку­ум­ных при­бо­ров. Осо­бен­но ши­ро­кие пер­спек­ти­вы су­ще­ст­ву­ют в об­лас­ти СВЧ ин­те­граль­ных схем, вы­пол­няе­мых на ос­но­ве со­еди­не­ний А^IIIВ^Vи др.

Об­ласть при­ме­не­ния элек­трон­ных СВЧ-при­бо­ров не­пре­рыв­но рас­ши­ря­ет­ся. На­ря­ду с ра­дио­ло­ка­ци­ей, ра­дио­на­ви­га­ци­ей и ра­дио­ре­лей­ной свя­зью, эти при­бо­ры всё ши­ре ис­поль­зу­ют­ся в те­ле­виде­нии, кос­мич. свя­зи, ра­дио­те­ле­мет­рии и т. п. Те­п­ло­вые и др. эф­фек­ты, соз­да­вае­мые СВЧ-из­лу­че­ни­ем, на­хо­дят ши­ро­кое при­ме­не­ние в об­ра­бот­ке раз­но­об­раз­ных ве­ществ и про­дук­тов, в мед. ди­аг­но­сти­ке и те­ра­пии. Про­во­дят­ся фун­дам. ис­сле­до­ва­ния по при­ме­не­нию СВЧ-э. в био­ло­гии и энер­ге­ти­ке, в т. ч. по пе­ре­да­че энер­гии и ре­ше­нию про­бле­мы тер­мо­ядер­но­го син­те­за.

См. так­же Ва­ку­ум­ная элек­тро­ни­ка, По­лу­про­вод­ни­ко­вая элек­тро­ни­ка.