1.​ Микроволновый диапазон электромагнитных колебаний и его особенности. Обзор исторического пути развития микроволновых приборов. Современные технологии, использующие микроволновые приборы.

Микроволновый диапазон электромагнитных колебаний и его особенности.

    дециметровые волны...............0.1 м – 1 м (0.3–3 ГГц) сантиметровые волны.............0.01 – 0.1 м (3–30 ГГц) миллиметровые волны............0.01 – 0.001 м (30–300 ГГц) субмиллиметровые волны......0.001 – 0.0001 м (300–3000 ГГц)
    Соизмеримость длины волны и размеров устройств Соизмеримость периода колебаний и времени пролета носителей заряда Прямолинейное распространение радиолуча Прозрачность атмосферы для микроволнового излучения Малая энергия кванта (по сравнению с тепловыми колебаниями) Большая информационная емкость каналов связи Глубина проникновения (возможность «внутреннего» нагрева) Диссипация энергии в материале за счет диэлектрической и магнитной релаксаций и проводимости.

Обзор исторического пути развития микроволновых приборов.

Полупроводниковые приборы:

    1934 г. – кристаллический детектор. 1957 г. – туннельный диод (Есаки, Япония). 1961 г. – лавинно-пролетный диод (Тагер, СССР) 1963 г. – диод Ганна (Ганн, США). 1970-е годы – полевые транзисторы с барьером Шоттки, гетерополярные транзисторы. 1990-е годы – транзисторы с высокой подвижностью электронов (HEMT). 2000-е годы – GaN полевые транзисторы на SiC подложке (100 Вт в С-диапазоне, КПД ~ 50 %).

Вакуумные приборы:

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?
    1895-1901 г. – искровые передатчики 1904 г. – диод () 1906 г. – триод (Ли де Форест) 1913 г. – ламповый генератор, ламповый передатчик (А. Мейснер) 1920 г. – магнетрон (А. Халл, США) 1922 г. – первый генератор миллиметровых волн (-Аркадьева) 1930-е годы – волноводы и объемные резонаторы 1937 г. – двухрезонаторный клистрон (братья Вариан, США) 1940 г. – отражательный клистрон (Р. Саттон, Англия) 1942 г. – лампа бегущей волны (Р. Комфнер, Англия) 1967 г. – гиротрон (-Грехов, СССР) 1976 г. – первый лазер на свободных электронах (США)

Современные технологии, использующие микроволновые приборы.

    Радиолокация; Мобильная связь Космическая связь и телеметрия Радиоастрономия Радиоспектроскопия
    Физика плазмы Управляемый термоядерный синтез Технология (нагрев, сушка, стерилизация и т. п.) Биология и медицина. Микроволновая химия

2.​ Индивидуальное и коллективное излучение заряженных частиц Тормозное излучение, переходное излучение, излучение Вавилова-Черенкова, осцилляторное излучение, индуцированное излучение.

Виды индивидуального излучения:

    Тормозное излучение – излучение заряженной частицы, движущейся с замедлением в электрическом поле. Спектр тормозного излучения непрерывен и органичен максимально возможной энергией фотонов, равной начальной энергии электрона. Переходное излучение – электромагнитное излучение, наблюдающееся при пересечении заряженной частицей границы раздела двух сред с отличающимися показателями преломления. Излучение Вавилова-Черенкова – возникает при равномерном движении заряженной частицы со скоростью превышающей скорость света в данной среде. Осцилляторное излучение (эффект Допплера) – разновидность тормозного излучения, когда частица движется периодически, то в ускоряющем, то в замедляющем поле.

Коллективное излучение:

    Индуцированное излучение – когда под действием внешнего излучения осцилляторы излучают в одинаковых фазах (происходит фазировка осцилляторов)

Различные типы приборов отличаются типами индивидуального излучения частиц и используемыми механизмами фазировки и группировки.

3.​ Микроволновый электронный прибор как преобразователь энергии.

Микроволновый электронный прибор преобразует энергию, получаемую от источника постоянного тока в энергию СВЧ-колебаний.

4.​ Основные уравнения микроволновой электроники – уравнения электродинамики и уравнения движения заряженных частиц в вакууме и твердом теле.

Уравнения Максвелла:

Уравнение непрерывности:

Закон полного тока:

Мощность взаимодействия:

Мощность в среднем за период:

Мощность для одномерного случая (закон Джоуля-Ленца для переменного во времени тока):

Наведенный ток:

Материальные уравнения:

Уравнение движения в вакууме:

Кинетическое уравнение Больцмана для функции распределения f(r, p,t):

где – Максвелловская функция распределения.

5.​ Законы сохранения числа частиц, импульса и энергии.

Закон сохранения числа частиц:

, где - концентрация заряженных частиц, - скорость их дрейфа, - скорость  генерации частиц, - скорость рекомбинации.

Закон сохранения потока импульса:

, где - пространственная расходимость потока импульса, - тензор давления, - эффективная сила внутреннего трения, отражающая изменение импульса за счет актов рассеяния.

Закон сохранения энергии:

, где - энергия частицы, - пространственная расходимость потока энергии , - джоулево тепло, - изменение энергии за счет процессов рассеяния.

Уравнения  можно привести к более простому виду, если использовать приближение времени релаксации - в этом случае система принимает привычный вид уравнений переноса:

;                                

;        

,                        

где - время релаксации зарядов (время жизни), - время релаксации импульса частицы, - время релаксации энергии частицы.

6.​ Характерные пространственные и временные интервалы: время релаксации импульса и энергии, время максвелловской релаксации, плазменная частота и длина Дебая, время жизни и диффузионная длина.

Время релаксации импульса и энергии.

Время релаксации импульса характеризует скорость изменения (уменьшения) импульса при снятии возбуждения.

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8