Реферат: Техника и электроника СВЧ (Часть 1)
Існують локаційні пристрої, які повинні працювати на ~мм, ~100ГГц. Оскільки ~1м 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:
-
Малопотужна електроніка: НВЧ телебачення – супутникове, мобільні телефони, комп’ютери.
-
Потужна електроніка: НВЧ - піч, РЛ – електроніка.
Фізичні причини виділення діапазону НВЧ
D – розмір об’єкта. При - закон Кірхгофа, Ома,
- використовуються закони променевої оптики,
- 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:
. Якщо частота генератора така, що
, 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.
-
на частоті
при таких
працюють РЛС. На частоті 10ГГц при
ніяких законів Кірхгофа, Ома вже застосовувати не можна.
-
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.
-
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:
де - густина струму,
- напруженість ЕП,
- напруженість МП,
- індукція МП,
- індукція ЕП,
- густина заряду,
- поверхневий струм.
Поки що монополь Дірака не виявлено.
Знаки розставлено відповідно до положення векторів ,
та напрямку розповсюдження хвилі
- 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 ,
- 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: . Народження електрону - позитивної пари в вакуумі – нелінійний процес. Крім цього можна генерувати гармоніки, 1 з 1050 фотонів зливаються і дають новий фотон.
,
(А/см2), поверхневий струм -
,
(А/см).
Матеріальне рівняння – рівняння неперервності. . Ніякого струму не може бути якщо заряд не виноситься.
- що виноситься
- що залишається в середині.
- це рівняння в частинних похідних, тому дуже важливі граничні та початкові умови. Всі фізичні поля неперервні з точки зору фізики.
Граничні умови: ,
.
Магнітне поле всередині металу(має уявні розриви): .
Не буває нульової товщини тому всередині металу буде плавний перехід, тому що поля неперервні.
В векторному вигляді:
--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--