Сверхвысокочастотное излучение (СВЧ-излучение)

Сверхвысокочастотное излучение (СВЧ-излучение) или микроволновое излучение — электромагнитное излучение, включающее в себя дециметровый, сантиметровый и миллиметровый диапазоны радиоволн, частоты микроволнового излучения изменяются от 300 МГц до 300 ГГц (длина волны от 1 м до 1 мм). Соответственно и электрические сигналы переменного тока в таком диапазоне частот называются СВЧ- сигналами.

СВЧ – излучения м сигналы используются в радиолокации, технике связи, в спутниковых системах связи, радио и телевещания, системах беспроводных коммуникаций, в научно – исследовательской физической аппаратуре (циклотроны, радиотелескопы и др.)

СВЧ-излучение применяется для термообработки пищевых продуктов в домашних условиях и в пищевой промышленности. Энергия, генерируемая мощными электронными лампами, может быть сконцентрирована в малом объеме для высокоэффективной тепловой обработки продуктов в т.н. микроволновых или СВЧ-печах.

Быстрый прогресс в области СВЧ-техники в значительной мере связан с изобретением специальных электровакуумных приборов – магнетрона и клистрона, способных генерировать большие количества СВЧ-энергии.

Одним из первых источников СВЧ- излучения является изобретённый в Великобритании перед Второй мировой войной, магнетрон. Действие этого прибора на использовании резонанса электромагнитных колебаний в конструкции специальной формы, представляющей собой объемный резонатор (рисунок 5). Стенки резонатора действуют как индуктивность, а пространство между ними – как емкость некой резонансной цепи. Таким образом, объемный резонатор подобен параллельному резонансному контуру низкочастотного генератора с отдельными конденсатором и катушкой индуктивности. Размеры объемного резонатора выбираются, конечно, так, чтобы данному сочетанию емкости и индуктивности соответствовала нужная резонансная сверхвысокая частота.

 

Рис. 5. Устройство магнетрона

 

Резонаторные камеры размещаются между полюсами постоянного магнита.

Работа магнетрона заключается в следующем. Электроны, вылетевшие из катода, под воздействием электрического и магнитного полей не попадают на анод, как в обычных лампах, а завихряются и, описав кривую в виде лепестка, попадают обратно на катод. Затем электроны снова уходят от катода, описывая все новые и новые петли своей траектории. При непрерывном излучении электронов с катода образуется поток электронов, вращающихся вокруг катода. Этот поток возбуждает колебания в объемных резонаторах анодного блока, и магнетрон начинает генерировать колебания СВЧ, которые через петлю связи выводятся далее в схему.

Частота электромагнитных колебаний определяется объемом резонаторов. В ходе работы магнетрон сильно нагревается, поэтому наружная поверхность анодного блока делается ребристой и, кроме того, осуществляется его охлаждение вентилятором. Конструкция магнетрона, используемого в конструкции бытовой СВЧ-печи приведена на рисунке 6.

 

 

Рис. 6. Магнетрон OM75P(31) для микроволновки SAMSUNG

 

Применение СВЧ - усилителей

СВЧ –усилители, это усилители электрических сигналов, работающие в диапазоне 3 – 300 ГГц. Используются в составе радио и радиолокационной техники, радиотелескопии других устройств, использующих радиосигналы миллиметрового и субмиллиметрового диапазона. В числе таких устройств, детекторы коллайдеров, оборудование для исследования процессов ядерного синтеза, в медицинской аппаратуре, приёмники отраженного сигнала радиолокаторов, приёмная аппаратура радиотелескопов. СВЧ усилители, используемые в технике можно разделить на мощные усилители, формирующие сигналы, излучаемые антеннами радиолокаторов, радиотелескопов и связной аппаратуры, и усилителями приёмных устройств, задача которых усилить СВЧ – сигналы, принятые антеннами тех же устройств.