Свч расшифровка – расшифровка выражения сверхвысокая частота, что значит микроволновой диапазон

wordhelp.ru

Печь — это… Что такое СВЧ-Печь?

Микроволновая СВЧ печь

Микроволно́вая печь — бытовой электроприбор, предназначенный для быстрого приготовления или быстрого подогрева пищи, а также для размораживания продуктов. Работает на частоте 2450 МГц. В отличие от других устройств (например, духовки или русской печи) разогрев продуктов в микроволновой печи происходит не от поверхности, как в классической печи, а по большей части объёма, так как радиоволны проникают достаточно глубоко почти во все пищевые продукты. Это существенно сокращает время приготовления.

Меры предосторожности

Если печь работает без нагрузки, излучение не поглощается в камере, ему приходится поглощаться внутри источника, что приводит к его перегреванию и порче печи. Если у печи слишком малая загрузка, рекомендуется дополнительно поставить в камеру стакан воды, для поглощения избыточного излучения.

Микроволновое излучение не может проникать внутрь металлических предметов, поэтому нельзя готовить еду в металлической посуде. Если металлическая посуда закрытая, то излучение вообще не поглощается и печь может выйти из строя. В открытой металлической посуде приготовление в принципе возможно, но эффективность его меньше (т. к. излучение не проникает со всех сторон). К тому же, вблизи острых краёв металлических предметов возможно появление искр.

Нежелательно помещать в микроволновую печь посуду с металлическим напылением («золотой каёмочкой») — тонкий слой металла сильно нагревается вихревыми токами, это может разрушить посуду в области металлического напыления. В то же время, металлические предметы без острых краёв, изготовленные из толстого металла, сравнительно безопасны в микроволновой печи.

Нельзя приготавливать в микроволновой печи жидкость в герметично закрытых ёмкостях и целые птичьи яйца — из-за сильного испарения воды внутри них они взрываются.

Опасно нагревать в микроволновке воду, т. к. она способна к перегреванию, т. е. к нагреванию выше температуры кипения. Перегретая жидкость способна потом вскипеть очень резко и в неожиданный момент. Это относится не только к дистиллированой воде, но и к любой воде, в которой содержится мало взвешенных частиц. Чем более гладкой и однородной является внутренняя поверхность сосуда с водой, тем выше риск. Если у сосуда узкое горлышко, то велика вероятность, что в момент начала кипения перегретая вода выльется и обожжёт руки.

Устройство

Основные компоненты микроволновой печи:

• источник микроволн
  • магнетрон
  • источник высоковольтного питания магнетрона
  • цепь управления
• волновод для передачи микроволн от магнетрона к камере
• металлическая камера, в которой концентрируется микроволновое излучение и куда помещается пища, с металлизированой дверцей
• вспомогательные элементы
  • вращающийся столик в камере
  • схемы, обеспечивающие безопасность («блокировки»)
  • вентилятор, охлаждающий магнетрон и продувающий камеру для удаления газов, образующихся при приготовлении пищи.

История

Американский инженер Перси Спенсер впервые заметил способность сверхвысокочастотного излучения к нагреванию продуктов и запатентовал микроволновую печь. Спенсер работал в момент изобретения в компании радаров. По легенде, когда он проводил эксперименты с очередным магнетроном, Спенсер заметил, что кусок шоколада в его кармане расплавился. По другой версии, он заметил, что нагрелся бутерброд, положенный на включённый магнетрон.

Патент на микроволновую печь был выдан в 1946 году. Первая микроволновая печь была построена фирмой Raytheon и была предназначена для быстрого промышленного приготовления пищи. Её высота была примерно равна человеческому росту, масса — 340 кг, мощность — 3 кВт, что примерно в два раза больше мощности современной бытовой СВЧ-печи. Стоила эта печь около 3000 $. Она использовалась, в основном, в солдатских столовых и столовых военных госпиталей.

Первая серийная бытовая микроволновая печь была выпущена японской фирмой 1962 году. Первоначально спрос на новое изделие был невысок.

В СССР микроволновые печи выпускал завод ЗИЛ.

В настоящее время микроволновая печь — один из самых популярных бытовых электроприборов.

Мифы о микроволновых печах

• Упорно держатся утверждения, что железная тарелка якобы может спровоцировать взрыв большой мощности (на самом деле в худшем случае она вызовет повреждение магнетрона из-за искрения).
• Говорят, что якобы опасно подходить к работающей микроволновой печи, поскольку собственные клетки и ткани организма «чувствуют» излучение от этого прибора (на деле стандартами излучение от работающей печи ограничено 5 мВт на см² на расстоянии 5 см от её поверхности — это существенно меньше уровня излучения, считающегося вредным для здоровья).
• Микроволновая печь изменяет молекулярную структуру продуктов, в результате чего можно испортить свои гены или заболеть раком. Если каждый день есть пищу из микроволновой печи, то по этому ошибочному мнению могут родиться «дети-уродцы» (ранние эксперименты с сепарацией веществ путём микроволнового излучения закончились неудачей — оно приводило только к нагреву, так как это излучение не является ионизирующим).
• Если долго держать включённой микроволновую печь на большой мощности, она своим мощным электромагнитным излучением может вывести из строя все электроприборы в радиусе нескольких метров. На самом деле, её электромагнитное излучение не больше, чем от задней стенки системного блока компьютера, правда вблизи она всё-таки может помешать приёму сигнала сотовым телефоном на близкой частоте. Печь также создаёт помехи Wi-Fi и Bluetooth.

Федеральные санитарные правила, нормы и гигиенические нормативы

2.2.4. ФИЗИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ СРЕДЫ

2.1.8. ФИЗИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Гигиенические требования к размещению и эксплуатации передающих радиотехнических объектов

СанПиН 2.1.8/2.2.4.1383-03

Предельно допустимые уровни плотности потока энергии в диапазоне частот 300 МГц — 300 ГГц в зависимости от продолжительности воздействия

При воздействии излучения 8 и более часов ПДУ — 0,025 мВт на сантиметр квадратный, при воздействии 2 часа, ПДУ — 0,1 мВт на сантиметр квадратный, а при воздействии 10 минут и менее, ПДУ — 1 мВт на сантиметр квадратный.

См. также

dic.academic.ru

Что такое «сверхвысокий диапазон» и какова расшифровка СВЧ?

Расшифровка СВЧ – это «сверхвысокие частоты». Многие подумают, что это нечто сложное из области заумной физики и математики, и что это их не касается. Однако дело обстоит совсем иначе. Устройства СВЧ давно и плотно вошли в нашу жизнь, и их можно встретить повсеместно. Но что же это такое?

Диапазон сверхвысоких частот

Расшифровка СВЧ – сверхвысокие частоты электромагнитного излучения, которые расположены в спектре между частотой инфракрасной дальней области и ультравысокими частотами. Длина волн данного диапазона составляет от тридцати сантиметров до одного миллиметра. Именно поэтому СВЧ иногда называют сантиметровыми и дециметровыми волнами. В зарубежной технической литературе расшифровка СВЧ – микроволновый диапазон. Имеется в виду, что длина волн очень мала в сравнении с волнами радиовещания, которые имеют порядок в несколько сотен метров.

Свойства СВЧ-диапазона

По своей длине данный тип волн – промежуточный между излучением света и радиосигналами, поэтому он и обладает свойствами обоих видов. Например, как и свет, эти волны распространяются по прямой траектории и перекрываются практически всеми более-менее твердыми объектами. Аналогично световому излучению, СВЧ может фокусироваться, отражаться, распространятся в виде лучей. Несмотря на то что расшифровка СВЧ акцентирует внимание на «сверх»-высоком диапазоне, многие антенны и радиолокационные устройства являют собой несколько увеличенный вариант зеркал, линз и других оптических элементов.

Генерация

Так как излучение сверхвысоких частот схоже с радиоволнами, то и генерируется оно схожими методами. Расшифровка СВЧ предполагает применение к ней классической теории радиоволн, однако благодаря повышенному диапазону существует возможность повысить эффективность его использования. К примеру, один только луч может «нести» сразу до тысячи телефонных разговоров одновременно. Сходства СВЧ-волн и света, выражающихся в повышенной плотности переносимой информации, оказались полезными для радиолокационной техники.

Применение сверхвысоких частот в радиолокации

Волны сантиметрового и дециметрового диапазонов стали предметом интереса еще во времена Второй мировой войны. В то время возникла потребность в эффективном и новаторском средстве обнаружения. Тогда исследовали СВЧ-волны на предмет их применения в радиолокации. Суть заключается в том, что интенсивные и короткие импульсы запускаются в пространство, а затем часть этих лучей регистрируется после возвращения от искомых удаленных объектов.

Применение сверхвысоких частот в области связи

Как мы уже говорили, расшифровка СВЧ – сверхвысокие частоты. Инженеры и техники решили применить эти радиоволны в связи. Во всех странах активно используют коммерческие линии связи, основанные на передаче волн высоких диапазонов. Такие радиосигналы идут не по кривой земной поверхности, а по прямой, через ретрансляционные станции связи, расположенные на высотах с интервалами около пятидесяти километров.

Для передачи не нужны большие затраты электроэнергии, так как СВЧ-волны допускают узконаправленные прием и передачу, а также на станциях усиливаются электронными усилителями перед ретрансляцией. Система антенн, башен, передатчиков и приемников кажется дорогой, но все это окупается информационной емкостью подобных каналов связи.

Применение сверхвысоких частот в области спутниковой связи

Система радиобашен для ретрансляции СВЧ-сигналов на большие расстояния может существовать только на суше. Для межконтинентальных переговоров используют искусственные спутники, которые находятся на геостационарной орбите Земли и выполняют функции ретрансляторов. Каждый спутник предоставляет несколько тысяч каналов связи высокого качества своим клиентам для передачи телевизионных и телефонных сигналов одновременно.

Термообработка продуктов

Первые попытки применения сверхвысоких частот для обработки пищевых продуктов получили положительные, и даже восторженные отзывы. СВЧ-печи на сегодняшний день применяют как в домашних условиях, так и в крупной пищевой промышленности. Генерируемая электронными высокомощными лампами энергия концентрируется в незначительном объеме, что позволяет термически обработать продукцию чисто, компактно и бесшумно.

Встраиваемая СВЧ-печь получила наибольшее распространение в домашнем хозяйстве, и ее можно найти на многих кухнях. Также подобные устройства бытового назначения применяются во всех местах, где необходим быстрый подогрев и подготовка блюд. Печь СВЧ с грилем, например, является абсолютно необходимым элементом для любого уважающего себя ресторана.

Основные источники излучения

Прогресс в использовании СВЧ-волн связан с такими электровакуумными приборами, как клистрон и магнетрон, которые способны генерировать огромное количество энергии высокой частоты. Использование магнетрона базируется на принципе объемного резонатора, стенки которого являются индуктивностью, а пространство между стенами – емкостью резонансной цепи. Размеры данного элемента выбирают по необходимой резонансной сверхвысокой частоте, которая бы соответствовала нужным соотношениям между емкостью и индуктивностью.

Итак, расшифровка СВЧ — сверхвысокие частоты. Размер генератора напрямую влияет на мощность подобных излучений. Магнетроны малого размера для высоких частот являются такими маленькими, что их мощности не могут достичь нужных величин. Проблема также стоит и с использованием тяжелых магнитов. В клистроне она частично решена, так как в этом электровакуумном приборе не нужно внешнее поле.

fb.ru

печь — это… Что такое СВЧ-печь?

Микроволновая СВЧ печь

Микроволно́вая печь — бытовой электроприбор, предназначенный для быстрого приготовления или быстрого подогрева пищи, а также для размораживания продуктов. Работает на частоте 2450 МГц. В отличие от других устройств (например, духовки или русской печи) разогрев продуктов в микроволновой печи происходит не от поверхности, как в классической печи, а по большей части объёма, так как радиоволны проникают достаточно глубоко почти во все пищевые продукты. Это существенно сокращает время приготовления.

Меры предосторожности

Если печь работает без нагрузки, излучение не поглощается в камере, ему приходится поглощаться внутри источника, что приводит к его перегреванию и порче печи. Если у печи слишком малая загрузка, рекомендуется дополнительно поставить в камеру стакан воды, для поглощения избыточного излучения.

Микроволновое излучение не может проникать внутрь металлических предметов, поэтому нельзя готовить еду в металлической посуде. Если металлическая посуда закрытая, то излучение вообще не поглощается и печь может выйти из строя. В открытой металлической посуде приготовление в принципе возможно, но эффективность его меньше (т. к. излучение не проникает со всех сторон). К тому же, вблизи острых краёв металлических предметов возможно появление искр.

Нежелательно помещать в микроволновую печь посуду с металлическим напылением («золотой каёмочкой») — тонкий слой металла сильно нагревается вихревыми токами, это может разрушить посуду в области металлического напыления. В то же время, металлические предметы без острых краёв, изготовленные из толстого металла, сравнительно безопасны в микроволновой печи.

Нельзя приготавливать в микроволновой печи жидкость в герметично закрытых ёмкостях и целые птичьи яйца — из-за сильного испарения воды внутри них они взрываются.

Опасно нагревать в микроволновке воду, т. к. она способна к перегреванию, т. е. к нагреванию выше температуры кипения. Перегретая жидкость способна потом вскипеть очень резко и в неожиданный момент. Это относится не только к дистиллированой воде, но и к любой воде, в которой содержится мало взвешенных частиц. Чем более гладкой и однородной является внутренняя поверхность сосуда с водой, тем выше риск. Если у сосуда узкое горлышко, то велика вероятность, что в момент начала кипения перегретая вода выльется и обожжёт руки.

Устройство

Основные компоненты микроволновой печи:

• источник микроволн
  • магнетрон
  • источник высоковольтного питания магнетрона
  • цепь управления
• волновод для передачи микроволн от магнетрона к камере
• металлическая камера, в которой концентрируется микроволновое излучение и куда помещается пища, с металлизированой дверцей
• вспомогательные элементы
  • вращающийся столик в камере
  • схемы, обеспечивающие безопасность («блокировки»)
  • вентилятор, охлаждающий магнетрон и продувающий камеру для удаления газов, образующихся при приготовлении пищи.

История

Американский инженер Перси Спенсер впервые заметил способность сверхвысокочастотного излучения к нагреванию продуктов и запатентовал микроволновую печь. Спенсер работал в момент изобретения в компании радаров. По легенде, когда он проводил эксперименты с очередным магнетроном, Спенсер заметил, что кусок шоколада в его кармане расплавился. По другой версии, он заметил, что нагрелся бутерброд, положенный на включённый магнетрон.

Патент на микроволновую печь был выдан в 1946 году. Первая микроволновая печь была построена фирмой Raytheon и была предназначена для быстрого промышленного приготовления пищи. Её высота была примерно равна человеческому росту, масса — 340 кг, мощность — 3 кВт, что примерно в два раза больше мощности современной бытовой СВЧ-печи. Стоила эта печь около 3000 $. Она использовалась, в основном, в солдатских столовых и столовых военных госпиталей.

Первая серийная бытовая микроволновая печь была выпущена японской фирмой 1962 году. Первоначально спрос на новое изделие был невысок.

В СССР микроволновые печи выпускал завод ЗИЛ.

В настоящее время микроволновая печь — один из самых популярных бытовых электроприборов.

Мифы о микроволновых печах

• Упорно держатся утверждения, что железная тарелка якобы может спровоцировать взрыв большой мощности (на самом деле в худшем случае она вызовет повреждение магнетрона из-за искрения).
• Говорят, что якобы опасно подходить к работающей микроволновой печи, поскольку собственные клетки и ткани организма «чувствуют» излучение от этого прибора (на деле стандартами излучение от работающей печи ограничено 5 мВт на см² на расстоянии 5 см от её поверхности — это существенно меньше уровня излучения, считающегося вредным для здоровья).
• Микроволновая печь изменяет молекулярную структуру продуктов, в результате чего можно испортить свои гены или заболеть раком. Если каждый день есть пищу из микроволновой печи, то по этому ошибочному мнению могут родиться «дети-уродцы» (ранние эксперименты с сепарацией веществ путём микроволнового излучения закончились неудачей — оно приводило только к нагреву, так как это излучение не является ионизирующим).
• Если долго держать включённой микроволновую печь на большой мощности, она своим мощным электромагнитным излучением может вывести из строя все электроприборы в радиусе нескольких метров. На самом деле, её электромагнитное излучение не больше, чем от задней стенки системного блока компьютера, правда вблизи она всё-таки может помешать приёму сигнала сотовым телефоном на близкой частоте. Печь также создаёт помехи Wi-Fi и Bluetooth.

Федеральные санитарные правила, нормы и гигиенические нормативы

2.2.4. ФИЗИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ СРЕДЫ

2.1.8. ФИЗИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Гигиенические требования к размещению и эксплуатации передающих радиотехнических объектов

СанПиН 2.1.8/2.2.4.1383-03

Предельно допустимые уровни плотности потока энергии в диапазоне частот 300 МГц — 300 ГГц в зависимости от продолжительности воздействия

При воздействии излучения 8 и более часов ПДУ — 0,025 мВт на сантиметр квадратный, при воздействии 2 часа, ПДУ — 0,1 мВт на сантиметр квадратный, а при воздействии 10 минут и менее, ПДУ — 1 мВт на сантиметр квадратный.

См. также

Wikimedia Foundation. 2010.

dic.academic.ru

🎓 свч ⚗ с русского на все языки 🧬

translate.academic.ru

Что такое «сверхвысокий диапазон» и какова расшифровка СВЧ?

Расшифровка СВЧ – это «сверхвысокие частоты». Многие пошевелят мозгами, что это нечто сложное из области заумной физики и арифметики, и что это их не касается. Но дело обстоит совершенно по другому. Устройства СВЧ издавна и плотно вошли в нашу жизнь, и их можно повстречать везде. Но что все-таки это такое?

Спектр сверхвысоких частот

Расшифровка СВЧ – сверхвысокие частоты электрического излучения, которые размещены в диапазоне меж частотой инфракрасной далекой области и ультравысокими частотами. Длина волн данного спектра составляет от 30 см до 1-го мм. Вот поэтому СВЧ время от времени именуют сантиметровыми и дециметровыми волнами. В забугорной технической литературе расшифровка СВЧ – микроволновый спектр. Имеется в виду, что длина волн очень мала в сопоставлении с волнами радиовещания, которые имеют порядок в несколько сотен метров.

Характеристики СВЧ-диапазона

По собственной длине данный тип волн – промежный меж излучением света и радиосигналами, потому он и обладает качествами обоих видов. К примеру, как и свет, эти волны распространяются по прямой линии движения и перекрываются фактически всеми более-менее жесткими объектами. Аналогично световому излучению, СВЧ может фокусироваться, отражаться, распространятся в виде лучей. Невзирая на то что расшифровка СВЧ акцентирует внимание на «сверх»-высоком спектре, многие антенны и радиолокационные устройства являют собой несколько увеличенный вариант зеркал, линз и других оптических частей.

Генерация

Потому что излучение сверхвысоких частот схоже с радиоволнами, то и генерируется оно похожими способами. Расшифровка СВЧ подразумевает применение к ней традиционной теории радиоволн, но благодаря завышенному спектру существует возможность повысить эффективность его использования. Например, один только луч может «нести» сходу до тыщи телефонных дискуссий сразу. Сходства СВЧ-волн и света, выражающихся в завышенной плотности переносимой инфы, оказались полезными для радиолокационной техники.

Применение сверхвысоких частот в радиолокации

Волны сантиметрового и дециметрового диапазонов стали предметом энтузиазма еще во времена 2-ой мировой войны. В то время появилась потребность в действенном и новаторском средстве обнаружения. Тогда изучили СВЧ-волны на предмет их внедрения в радиолокации. Сущность состоит в том, что насыщенные и недлинные импульсы запускаются в место, а потом часть этих лучей регится после возвращения от разыскиваемых удаленных объектов.

Применение сверхвысоких частот в области связи

Как мы уже гласили, расшифровка СВЧ – сверхвысокие частоты. Инженеры и техники решили применить эти радиоволны в связи. Во всех странах интенсивно употребляют коммерческие полосы связи, основанные на передаче волн больших диапазонов. Такие радиосигналы идут не по кривой земной поверхности, а по прямой, через ретрансляционные станции связи, расположенные на высотах с интервалами около пятидесяти км.

Для передачи не необходимы огромные издержки электроэнергии, потому что СВЧ-волны допускают узконаправленные прием и передачу, также на станциях усиливаются электрическими усилителями перед ретрансляцией. Система антенн, башен, передатчиков и приемников кажется дорогой, но все это окупается информационной емкостью схожих каналов связи.

Применение сверхвысоких частот в области спутниковой связи

Система радиобашен для ретрансляции СВЧ-сигналов на огромные расстояния может существовать лишь на суше. Для межконтинентальных переговоров употребляют искусственные спутники, которые находятся на геостационарной орбите Земли и делают функции ретрансляторов. Каждый спутник предоставляет несколько тыщ каналов связи высочайшего свойства своим клиентам для передачи телевизионных и телефонных сигналов сразу.

Термическая обработка товаров

1-ые пробы внедрения сверхвысоких частот для обработки пищевых товаров получили положительные, и даже экзальтированные отзывы. СВЧ-печи на сегодня используют как в домашних критериях, так и в большой пищевой индустрии. Генерируемая электрическими высокомощными лампами энергия концентрируется в малозначительном объеме, что позволяет термически обработать продукцию чисто, компактно и бесшумно.

Встраиваемая СВЧ-печь получила наибольшее распространение в домашнем хозяйстве, и ее можно отыскать на многих кухнях. Также подобные устройства бытового предназначения используются во всех местах, где нужен резвый обогрев и подготовка блюд. Печь СВЧ с грилем, к примеру, является полностью нужным элементом для хоть какого уважающего себя ресторана.

Главные источники излучения

Прогресс в использовании СВЧ-волн связан с такими электровакуумными устройствами, как клистрон и магнетрон, которые способны генерировать неограниченное количество энергии высочайшей частоты. Внедрение магнетрона базируется на принципе большого резонатора, стены которого являются индуктивностью, а место меж стенками – емкостью резонансной цепи. Размеры данного элемента выбирают по нужной резонансной сверхвысокой частоте, которая бы соответствовала необходимым соотношениям меж емкостью и индуктивностью.

Итак, расшифровка СВЧ – сверхвысокие частоты. Размер генератора впрямую оказывает влияние на мощность схожих излучений. Магнетроны малого размера для больших частот являются такими малеханькими, что их мощности не могут достигнуть подходящих величин. Неувязка также стоит и с внедрением томных магнитов. В клистроне она отчасти решена, потому что в этом электровакуумном приборе не надо наружное поле.

tipsboard.ru

СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН | Энциклопедия Кругосвет

СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН, частотный диапазон электромагнитного излучения (100ё300 000 млн. герц), расположенный в спектре между ультравысокими телевизионными частотами и частотами дальней инфракрасной области. Этот частотный диапазон соответствует длинам волн от 30 см до 1 мм; поэтому его называют также диапазоном дециметровых и сантиметровых волн. В англоязычных странах он называется микроволновым диапазоном; имеется в виду, что длины волн очень малы по сравнению с длинами волн обычного радиовещания, имеющими порядок нескольких сотен метров.

Так как по длине волны излучение СВЧ-диапазона является промежуточным между световым излучением и обычными радиоволнами, оно обладает некоторыми свойствами и света, и радиоволн. Например, оно, как и свет, распространяется по прямой и перекрывается почти всеми твердыми объектами. Во многом аналогично свету оно фокусируется, распространяется в виде луча и отражается. Многие радиолокационные антенны и другие СВЧ-устройства представляют собой как бы увеличенные варианты оптических элементов типа зеркал и линз.

В то же время СВЧ-излучение сходно с радиоизлучением вещательных диапазонов в том отношении, что оно генерируется аналогичными методами. К СВЧ-излучению применима классическая теория радиоволн, и его можно использовать как средство связи, основываясь на тех же принципах. Но благодаря более высоким частотам оно дает более широкие возможности передачи информации, что позволяет повысить эффективность связи. Например, один СВЧ-луч может нести одновременно несколько сотен телефонных разговоров. Сходство СВЧ-излучения со светом и повышенная плотность переносимой им информации оказались очень полезны для радиолокационной и других областей техники.

ПРИМЕНЕНИЕ СВЧ-ИЗЛУЧЕНИЯ

Радиолокация.

Волны дециметрово-сантиметрового диапазона оставались предметом чисто научного любопытства до начала Второй мировой войны, когда возникла настоятельная необходимость в новом и эффективном электронном средстве раннего обнаружения. Только тогда начались интенсивные исследования СВЧ-радиолокации, хотя принципиальная ее возможность была продемонстрирована еще в 1923 в Научно-исследовательской лаборатории ВМС США. Суть радиолокации в том, что в пространство испускаются короткие, интенсивные импульсы СВЧ-излучения, а затем регистрируется часть этого излучения, вернувшаяся от искомого удаленного объекта – морского судна или самолета. См. также РАДИОЛОКАЦИЯ.

Связь.

Радиоволны СВЧ-диапазона широко применяются в технике связи. Кроме различных радиосистем военного назначения, во всех странах мира имеются многочисленные коммерческие линии СВЧ-связи. Поскольку такие радиоволны не следуют за кривизной земной поверхности, а распространяются по прямой, эти линии связи, как правило, состоят из ретрансляционных станций, установленных на вершинах холмов или на радиобашнях с интервалами ок. 50 км. Параболические или рупорные антенны, смонтированные на башнях, принимают и передают дальше СВЧ-сигналы. На каждой станции перед ретрансляцией сигнал усиливается электронным усилителем. Поскольку СВЧ-излучение допускает узконаправленные прием и передачу, для передачи не требуется больших затрат электроэнергии.

Хотя система башен, антенн, приемников и передатчиков может показаться весьма дорогостоящей, в конечном счете все это с лихвой окупается благодаря большой информационной емкости СВЧ-каналов связи. Города Соединенных Штатов соединены между собой сложной сетью более чем из 4000 ретрансляционных СВЧ-звеньев, образующих систему связи, которая простирается от одного океанского побережья до другого. Каналы этой сети способны пропускать тысячи телефонных разговоров и многочисленные телевизионные программы одновременно.

Спутники связи.

Система ретрансляционных радиобашен, необходимая для передачи СВЧ-излучения на большие расстояния, может быть построена, конечно, только на суше. Для межконтинентальной же связи требуется иной способ ретрансляции. Здесь на помощь приходят связные искусственные спутники Земли; выведенные на геостационарную орбиту, они могут выполнять функции ретрансляционных станций СВЧ-связи.

Электронное устройство, называемое активно-ретрансляционным ИСЗ, принимает, усиливает и ретранслирует СВЧ-сигналы, передаваемые наземными станциями. Первые экспериментальные ИСЗ такого типа («Телстар», «Релэй» и «Синком») успешно осуществляли уже в начале 1960-х годов ретрансляцию телевизионного вещания с одного континента на другой. На основе этого опыта были разработаны коммерческие спутники межконтинентальной и внутренней связи. Спутники последней межконтинентальной серии «Интелсат» были выведены в различные точки геостационарной орбиты таким образом, что зоны их охвата, перекрываясь, обеспечивают обслуживание абонентов во всем мире. Каждый спутник серии «Интелсат» последних модификаций предоставляет клиентам тысячи каналов высококачественной связи для одновременной передачи телефонных, телевизионных, факсимильных сигналов и цифровых данных.

Термообработка пищевых продуктов.

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, отличающихся чистотой, бесшумностью и компактностью. Такие устройства применяются на самолетных бортовых кухнях, в железнодорожных вагонах-ресторанах и торговых автоматах, где требуются быстрые подготовка продуктов и приготовление блюд. Промышленность выпускает также СВЧ-печи бытового назначения.

Научные исследования.

СВЧ-излучение сыграло важную роль в исследованиях электронных свойств твердых тел. Когда такое тело оказывается в магнитном поле, свободные электроны в нем начинают вращаться вокруг магнитных силовых линий в плоскости, перпендикулярной направлению магнитного поля. Частота вращения, называемая циклотронной, прямо пропорциональна напряженности магнитного поля и обратно пропорциональна эффективной массе электрона. (Эффективная масса определяет ускорение электрона под воздействием какой-либо силы в кристалле. Она отличается от массы свободного электрона, которой определяется ускорение электрона под действием какой-либо силы в вакууме. Различие обусловлено наличием сил притяжения и отталкивания, с которыми действуют на электрон в кристалле окружающие атомы и другие электроны.) Если на твердое тело, находящееся в магнитном поле, падает излучение СВЧ-диапазона, то это излучение сильно поглощается, когда его частота равна циклотронной частоте электрона. Данное явление называется циклотронным резонансом; оно позволяет измерить эффективную массу электрона. Такие измерения дали много ценной информации об электронных свойствах полупроводников, металлов и металлоидов.

Излучение СВЧ-диапазона играет важную роль также в исследованиях космического пространства. Астрономы многое узнали о нашей Галактике, исследуя излучение с длиной волны 21 см, испускаемое газообразным водородом в межзвездном пространстве. Теперь можно измерять скорость и определять направление движения рукавов Галактики, а также расположение и плотность областей газообразного водорода в космосе.

ИСТОЧНИКИ СВЧ-ИЗЛУЧЕНИЯ

Быстрый прогресс в области СВЧ-техники в значительной мере связан с изобретением специальных электровакуумных приборов – магнетрона и клистрона, способных генерировать большие количества СВЧ-энергии. Генератор на обычном вакуумном триоде, используемый на низких частотах, в СВЧ-диапазоне оказывается весьма неэффективным.

Двумя главными недостатками триода как СВЧ-генератора являются конечное время пролета электрона и межэлектродная емкость. Первый связан с тем, что электрону требуется некоторое (хотя и малое) время, чтобы пролететь между электродами вакуумной лампы. За это время СВЧ-поле успевает изменить свое направление на обратное, так что и электрон вынужден повернуть обратно, не долетев до другого электрода. В результате электроны без всякой пользы колеблются внутри лампы, не отдавая свою энергию в колебательный контур внешней цепи.

Магнетрон.

В магнетроне, изобретенном в Великобритании перед Второй мировой войной, эти недостатки отсутствуют, поскольку за основу взят совершенно иной подход к генерации СВЧ-излучения – принцип объемного резонатора. Подобно тому как у органной трубы данного размера имеются собственные акустические резонансные частоты, так и у объемного резонатора имеются собственные электромагнитные резонансы. 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.

В магнетроне (рис. 1) предусмотрено несколько объемных резонаторов, симметрично расположенных вокруг катода, находящегося в центре. Прибор помещают между полюсами сильного магнита. При этом электроны, испускаемые катодом, под действием магнитного поля вынуждены двигаться по круговым траекториям. Их скорость такова, что они в строго определенное время пересекают на периферии открытые пазы резонаторов. При этом они отдают свою кинетическую энергию, возбуждая колебания в резонаторах. Затем электроны возвращаются на катод, и процесс повторяется. Благодаря такому устройству время пролета и межэлектродные емкости не мешают генерации СВЧ-энергии.

Магнетроны могут быть сделаны большого размера, и тогда они дают мощные импульсы СВЧ-энергии. Но у магнетрона имеются свои недостатки. Например, резонаторы для очень высоких частот становятся столь малыми, что их трудно изготавливать, а сам такой магнетрон из-за своих малых размеров не может быть достаточно мощным. Кроме того, для магнетрона нужен тяжелый магнит, причем требуемая масса магнита возрастает с увеличением мощности прибора. Поэтому для самолетных бортовых установок мощные магнетроны не подходят.

Клистрон.

Для этого электровакуумного прибора, основанного на несколько ином принципе, не требуется внешнее магнитное поле. В клистроне (рис. 2) электроны движутся по прямой от катода к отражательной пластине, а затем обратно. При этом они пересекают открытый зазор объемного резонатора в форме бублика. Управляющая сетка и сетки резонатора группируют электроны в отдельные «сгустки», так что электроны пересекают зазор резонатора только в определенные моменты времени. Промежутки между сгустками согласованы с резонансной частотой резонатора таким образом, что кинетическая энергия электронов передается резонатору, вследствие чего в нем устанавливаются мощные электромагнитные колебания. Этот процесс можно сравнить с ритмичным раскачиванием первоначально неподвижных качелей.

Первые клистроны были довольно маломощными приборами, но позднее они побили все рекорды магнетронов как СВЧ-генераторов большой мощности. Были созданы клистроны, выдававшие до 10 млн. ватт мощности в импульсе и до 100 тыс. ватт в непрерывном режиме. Система клистронов исследовательского линейного ускорителя частиц выдает 50 млн. ватт СВЧ-мощности в импульсе.

Клистроны могут работать на частотах до 120 млрд. герц; однако при этом их выходная мощность, как правило, не превышает одного ватта. Разрабатываются варианты конструкции клистрона, рассчитанного на большие выходные мощности в миллиметровом диапазоне.

Клистроны могут также служить усилителями СВЧ-сигналов. Для этого нужно входной сигнал подавать на сетки объемного резонатора, и тогда плотность электронных сгустков будет изменяться в соответствии с этим сигналом.

Лампа бегущей волны (ЛБВ).

Еще один электровакуумный прибор для генерации и усиления электромагнитных волн СВЧ-диапазона – лампа бегущей волны. Она представляет собой тонкую откачанную трубку, вставляемую в фокусирующую магнитную катушку. Внутри трубки имеется замедляющая проволочная спираль. Вдоль оси спирали проходит электронный луч, а по самой спирали бежит волна усиливаемого сигнала. Диаметр, длина и шаг спирали, а также скорость электронов подобраны таким образом, что электроны отдают часть своей кинетической энергии бегущей волне.

Радиоволны распространяются со скоростью света, тогда как скорость электронов в луче значительно меньше. Однако, поскольку СВЧ-сигнал вынужден идти по спирали, скорость его продвижения вдоль оси трубки близка к скорости электронного луча. Поэтому бегущая волна достаточно долго взаимодействует с электронами и усиливается, поглощая их энергию.

Если на лампу не подается внешний сигнал, то усиливается случайный электрический шум на некоторой резонансной частоте и ЛБВ бегущей волны работает как СВЧ-генератор, а не усилитель.

Выходная мощность ЛБВ значительно меньше, чем у магнетронов и клистронов на той же частоте. Однако ЛБВ допускают настройку в необычайно широком частотном диапазоне и могут служить очень чувствительными малошумящими усилителями. Такое сочетание свойств делает ЛБВ очень ценным прибором СВЧ-техники.

Плоские вакуумные триоды.

Хотя клистроны и магнетроны более предпочтительны как СВЧ-генераторы, благодаря усовершенствованиям в какой-то мере восстановлена важная роль вакуумных триодов, особенно в качестве усилителей на частотах до 3 млрд. герц.

Трудности, связанные с временем пролета, устранены благодаря очень малым расстояниям между электродами. Нежелательные межэлектродные емкости сведены к минимуму, поскольку электроды сделаны сетчатыми, а все внешние соединения выполняются на больших кольцах, находящихся вне лампы. Как и принято в СВЧ-технике, применен объемный резонатор. Резонатор плотно охватывает лампу, и кольцевые соединители обеспечивают контакт по всей окружности резонатора.

Генератор на диоде Ганна.

Такой полупроводниковый СВЧ-генератор был предложен в 1963 Дж.Ганном, сотрудником Уотсоновского научно-исследовательского центра корпорации ИБМ. В настоящее время подобные приборы дают мощности лишь порядка милливатт на частотах не более 24 млрд. герц. Но в этих пределах он имеет несомненные преимущества перед маломощными клистронами.

Поскольку диод Ганна представляет собой монокристалл арсенида галлия, он в принципе более стабилен и долговечен, нежели клистрон, в котором должен быть нагреваемый катод для создания потока электронов и необходим высокий вакуум. Кроме того, диод Ганна работает при сравнительно низком напряжении питания, тогда как для питания клистрона нужны громоздкие и дорогостоящие источники питания с напряжением от 1000 до 5000 В.

СХЕМНЫЕ КОМПОНЕНТЫ

Коаксиальные кабели и волноводы.

Для передачи электромагнитных волн СВЧ-диапазона не через эфир, а по металлическим проводникам нужны специальные методы и проводники особой формы. Обычные провода, по которым передается электричество, пригодные для передачи низкочастотных радиосигналов, неэффективны на сверхвысоких частотах.

Любой отрезок провода имеет емкость и индуктивность. Эти т.н. распределенные параметры приобретают очень важное значение в СВЧ-технике. Сочетание емкости проводника с его собственной индуктивностью на сверхвысоких частотах играет роль резонансного контура, почти полностью блокирующего передачу. Поскольку в проводных линиях передачи невозможно устранить влияние распределенных параметров, приходится обращаться к другим принципам передачи СВЧ-волн. Эти принципы воплощены в коаксиальных кабелях и волноводах.

Коаксиальный кабель состоит из внутреннего провода и охватывающего его цилиндрического наружного проводника. Промежуток между ними заполнен пластиковым диэлектриком, например тефлоном или полиэтиленом. С первого взгляда это может показаться похожим на пару обычных проводов, но на сверхвысоких частотах их функция иная. СВЧ-сигнал, введенный с одного конца кабеля, на самом деле распространяется не по металлу проводников, а по заполненному изолирующим материалом промежутку между ними.

Коаксиальные кабели хорошо передают СВЧ-сигналы частотой до нескольких миллиардов герц, но на более высоких частотах их эффективность снижается, и они непригодны для передачи больших мощностей.

Обычные каналы для передачи волн СВЧ-диапазона имеют форму волноводов. Волновод – это тщательно обработанная металлическая труба прямоугольного или кругового поперечного сечения, внутри которой распространяется СВЧ-сигнал. Упрощенно говоря, волновод направляет волну, заставляя ее то и дело отражаться от стенок. Но на самом деле распространение волны по волноводу есть распространение колебаний электрического и магнитного полей волны, как и в свободном пространстве. Такое распространение в волноводе возможно лишь при условии, что его размеры находятся в определенном соотношении с частотой передаваемого сигнала. Поэтому волновод точно рассчитывается, так же точно обрабатывается и предназначается только для узкого интервала частот. Другие частоты он передает плохо либо вообще не передает. Типичное распределение электрического и магнитного полей внутри волновода показано на рис. 3.

Чем выше частота волны, тем меньше размеры соответствующего ей прямоугольного волновода; в конце концов эти размеры оказываются столь малы, что чрезмерно усложняется его изготовление и снижается передаваемая им предельная мощность. Поэтому были начаты разработки круговых волноводов (кругового поперечного сечения), которые могут иметь достаточно большие размеры даже на высоких частотах СВЧ-диапазона. Применение кругового волновода сдерживается некоторыми трудностями. Например, такой волновод должен быть прямым, иначе его эффективность снижается. Прямоугольные же волноводы легко изгибать, им можно придавать нужную криволинейную форму, и это никак не сказывается на распространении сигнала. Радиолокационные и другие СВЧ-установки обычно выглядят как запутанные лабиринты из волноводных трактов, соединяющих разные компоненты и передающих сигнал от одного прибора другому в пределах системы.

Твердотельные компоненты.

Твердотельные компоненты, например полупроводниковые и ферритовые, играют важную роль в СВЧ-технике. Так, для детектирования, переключения, выпрямления, частотного преобразования и усиления СВЧ-сигналов применяются германиевые и кремниевые диоды.

Для усиления применяются также специальные диоды – варикапы (с управляемой емкостью) – в схеме, называемой параметрическим усилителем. Широко распространенные усилители такого рода служат для усиления крайне малых сигналов, так как они почти не вносят собственные шумы и искажения.

Твердотельным СВЧ-усилителем с низким уровнем шума является и рубиновый мазер. Такой мазер, действие которого основано на квантовомеханических принципах, усиливает СВЧ-сигнал за счет переходов между уровнями внутренней энергии атомов в кристалле рубина. Рубин (или другой подходящий материал мазера) погружается в жидкий гелий, так что усилитель работает при чрезвычайно низких температурах (лишь на несколько градусов превышающих температуру абсолютного нуля). Поэтому уровень тепловых шумов в схеме очень низок, благодаря чему мазер пригоден для радиоастрономических, сверхчувствительных радиолокационных и других измерений, в которых нужно обнаруживать и усиливать крайне слабые СВЧ-сигналы. См. также КВАНТОВЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ И УСИЛИТЕЛИ.

Для изготовления СВЧ-переключателей, фильтров и циркуляторов широко применяются ферритовые материалы, такие, как оксид магния-железа и железо-иттриевый гранат. Ферритовые устройства управляются посредством магнитных полей, причем для управления потоком мощного СВЧ-сигнала достаточно слабого магнитного поля. Ферритовые переключатели имеют то преимущество перед механическими, что в них нет движущихся частей, подверженных износу, а переключение осуществляется весьма быстро. На рис. 4 представлено типичное ферритовое устройство – циркулятор. Действуя подобно кольцевой транспортной развязке, циркулятор обеспечивает следование сигнала только по определенным трактам, соединяющим различные компоненты. Циркуляторы и другие ферритовые переключающие устройства применяются при подключении нескольких компонентов СВЧ-системы к одной и той же антенне. На рис. 4 циркулятор не пропускает передаваемый сигнал на приемник, а принимаемый сигнал – на передатчик.

В СВЧ-технике находит применение и туннельный диод – сравнительно новый полупроводниковый прибор, работающий на частотах до 10 млрд. герц. Он используется в генераторах, усилителях, частотных преобразователях и переключателях. Его рабочие мощности невелики, но это первый полупроводниковый прибор, способный эффективно работать на столь высоких частотах. См. также ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ.

Антенны.

СВЧ-антенны отличаются большим разнообразием необычных форм. Размер антенны приблизительно пропорционален длине волны сигнала, а поэтому для СВЧ-диапазона вполне приемлемы конструкции, которые были бы слишком громоздки на более низких частотах.

В конструкциях многих антенн учитываются те свойства СВЧ-излучения, которые сближают его со светом. Типичными примерами могут служить рупорные антенны, параболические отражатели, металлические и диэлектрические линзы. Применяются также винтовые и спиральные антенны, часто изготавливаемые в виде печатных схем.

Группы щелевых волноводов можно расположить так, чтобы получилась нужная диаграмма направленности для излучаемой энергии. Часто применяются также диполи типа хорошо известных телевизионных антенн, устанавливаемых на крышах. В таких антеннах нередко имеются одинаковые элементы, расположенные с интервалами, равными длине волны, и повышающие направленность за счет интерференции.

СВЧ-антенны обычно проектируют так, чтобы они были предельно направленными, поскольку во многих СВЧ-системах очень важно, чтобы энергия передавалась и принималась в точно заданном направлении. Направленность антенны возрастает с увеличением ее диаметра. Но можно уменьшить антенну, сохранив ее направленность, если перейти на более высокие рабочие частоты.

Многие «зеркальные» антенны с параболическим или сферическим металлическим отражателем спроектированы специально для приема крайне слабых сигналов, приходящих, например, от межпланетных космических аппаратов или от далеких галактик. В Аресибо (Пуэрто-Рико) действует один из крупнейших радиотелескопов с металлическим отражателем в виде сферического сегмента, диаметр которого равен 300 м. Антенна имеет неподвижное («меридианное») основание; ее приемный радиолуч перемещается по небосводу благодаря вращению Земли. Самая большая (76 м) полностью подвижная антенна расположена в Джодрелл-Бенке (Великобритания).

Новое в области антенн – антенна с электронным управлением направленностью; такую антенну не нужно механически поворачивать. Она состоит из многочисленных элементов – вибраторов, которые можно электронными средствами по-разному соединять между собой и тем самым обеспечивать чувствительность «антенной решетки» в любом нужном направлении. См. также АНТЕННЫ.

www.krugosvet.ru