Элементная база, приборы и техника миллиметровых и субмиллиметровых диапазонов

1990

АППАРАТУРНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ АМПЛИТУДНО-ФАЗОВЫХ ИЗМЕРЕНИЙ В МИЛЛИМЕТРОВОМ ДИАПАЗОНЕ

Евдокимов А. П., Ермак Г. П., Карпенко В. И., Крыжановский В. В., Ревин И. Д., Скрынник Б. К., Шестопалов В. П.

5-9

Описана десятиканальная установка для проведения амплитудно-фазовых измерений в миллиметровом диапазоне длин волн. В её состав входят генератор миллиметровых волн, сдвигатель частоты, формирующий опорный сигнал для десяти смесителей и антенная система из десяти рупоров. Сдвигатель частоты обеспечивает величину сдвига 20 кГц при подавлении побочных составляющих спектра выходного сигнала не менее, чем на 40 дБ. Разброс сигналов по фазе с десяти приемников не превышает 5° при синфазных входных сигналах.

ЭПР СПЕКТРОМЕТР ДВУХМИЛЛИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОН-ФОНОННОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ НЕКРАМЕРСОВЫХ ЦЕНТРОВ В КРИСТАЛЛАХ

Адаменко О. В., Ганапольский Е. М.

9-14

Обсуждается вопрос о применении комплексного метода исследования электрон-фононного взаимодействия некрамерсовых парамагнитных центров в диэлектрических кристаллах при низких температурах. Этот метод заключается в сочетании измерений интенсивности линии акустического парамагнитного резонанса и концентрации парамагнитных центров с помощью электронного парамагнитного резонанса. Для этой цели служит описанный в работе ЭПР спектрометр двухмиллиметрового диапазона. В нем используется модуляция магнитного поля в магните с железным сердечником и сверхпроводящей обмоткой. В качестве источника СВЧ применен генератор дифракционного излучения. Использование в спектрометре такого генератора с высокой стабильностью амплитуды и синхронного детектирования на частоте модуляции магнитного поля позволило достичь чувствительности в определении концентрации некрамерсовых парамагнитных центров 10¹³ спин/Э.

СИСТЕМА АВТОМАТИЗАЦИИ ИЗМЕРЕНИЙ ДИАГРАММ ОБРАТНОГО РАССЕЯНИЯ ОБЪЕКТОВ В СУБМИЛЛИМЕТРОВОМ ДИАПАЗОНЕ ВОЛН

Бочаров Г. В., Киселев В. К., Славов О. В.

14-19

Разработана система автоматизации лабораторных измерений диаграмм обратного рассеяния объектов в субмиллиметровом диапазоне волн на основе квазиоптической измерительной установки гомодинного типа с непрерывным излучением и компенсацией фона, диалогово-вычислительного комплекса ДВК - ЗМ и аппаратуры КАМАК.

ГОМОДИННЫЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ ПОЛЯРИЗАЦИОННОЙ МАТРИЦЫ РАССЕЯНИЯ В СУБМИЛЛИМЕТРОВОМ ДИАПАЗОНЕ ВОЛН

Киселев В. К.

19-26

Предложен гомодинный метод измерения поляризационной матрицы рассеяния в субмиллиметровом диапазоне волн, обеспечивающий возможность одновременного и непрерывного измерения всех четырех её комплексных коэффициентов с использованием одного СВЧ генератора и одной приемно-передающей неполяризованной антенны. В методе используется комбинированное поляризационно-частотное разделение сигналов, отраженных от объекта, при облучении последнего двумя ортогонально поляризованными волнами, разнесенными по частоте. Формирование зондирующего и двухчастотного опорного сигналов производится с помощью модуляторов двух частот, включенных в соответствующие каналы измерительной схемы. При этом поляризационное разделение сигналов осуществляется на высокой частоте, а частотное - на промежуточной. Базисными поляризациями являются круговые. Показана техническая реализуемость предложенного метода в субмм диапазоне волн на основе разработанных квазиоптических функциональных элементов и устройств.

АВТОМАТИЗАЦИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ ПУЧКОВ МНОГОЛУЧЕВЫХ ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫХ ПРИБОРОВ

Глазов Д. И., Кац А. М., Колясев Ю. Д., Ставский Ю. В.

26-32

На кафедре физики ЭФ СПИ разработана установка автоматизированного исследования распределения плотности тока электронных пучков на базе микро-ЭВМ «Электроника Д3-28». Автоматизированы перемещения измерительного зонда по двум координатам и переключение режима работы измерительного прибора.

Для данной установки рассмотрены алгоритм и программное обеспечение для проведения исследования электронных пучков многолучевых приборов. Программы выполнены на алгоритмическом языке «БЕЙСИК» и включают в себя ряд подпрограмм в кодах.

В процессе измерения автоматизированы операции привязки зонда к центру пролетного канала, поиск анодных отверстий, измерение тока зонда в заданных анодных отверстиях, занесение данных измерения в ЭВМ.

В результате обработки пользователь получает в графическом виде информацию о распределении: тока зонда по поперечному сечению луча, положение центра тяжести, «топографию» распределения тока и по заданным критериям положение границ луча.

КОГЕРЕНТНОЕ ЗАПОМИНАНИЕ (ЗАДЕРЖКА) ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО СИГНАЛА СВЧ В МИЛЛИМЕТРОВОМ РАДИОДИАПАЗОНЕ

Ганапольский Е. М.

32-39

Рассмотрены принципиальные вопросы, связанные с реализацией запоминающих устройств СВЧ сигналов – гиперзвуковых линий задержки в миллиметровом радиодиапазоне. Они относятся к изысканию эффективного способа преобразования электромагнитного поля СВЧ сигнала в гиперзвуковую волну и обеспечению условий малого затухания этой волны в кристаллическом звукопроводе. Показано, что при использовании в качестве материалов для звукопровода известных к настоящему времени синтезируемых диэлектрических кристаллов с малым затуханием гиперзвука построение гиперзвуковой линии задержки в миллиметровом радиодиапазоне возможно лишь при глубоком охлаждении звукопровода до температуры жидкого гелия или, по меньшей мере, жидкого азота. Описана разработанная впервые широкополосная криогенная гиперзвуковая линия задержки СВЧ сигналов с частотой 36 ГГц и полосой пропускания 1 ГГц. Рабочая температура звукопровода 4,2 К. Его охлаждение вместе с гиперзвуковым преобразователем линии производится с помощью жидкого гелия в стандартном гелиевом дьюаре СТГ-10.

p-i-n - МОДУЛЯТОРЫ И АТТЕНЮАТОРЫ НА ОСНОВЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ЩЕЛЕВОЙ ЛИНИИ

Коваленко А. Г.

39-43

Приведены характеристики и описаны конструкции р-i-n - модуляторов и аттенюаторов в сечении цилиндрической щелевой линии. Особенность устройств - миниатюрность и широкополосность.

УСЛОВИЯ ДИФРАКЦИОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Евдокимов А. П., Ревин И. Д.

44-45

Рассмотрены условия излучения в ГДИ при наличии явления сноса электронного потока в магнитном поле. Такое отклонение электронного потока относительно ламелей дифракционной решетки изучено на модели, рассматривающей рассеяние поверхностной волны планарного диэлектрического волновода на скошенной решетке. Показано, что при замедлениях, характерных для генераторов дифракционного излучения, отклонение дифракционного излучения от нормали к решетке будет значительным.

ЗЕРКАЛЬНЫЙ ЩЕЛЕВОЙ ОБЛУЧАТЕЛЬ АПЕРТУРНЫХ АНТЕНН

Вольвач А. П., Комарь Г. И., Шестопалов В. П.

46-57

В данной статье приведено теоретическое и экспериментальное исследование ЗА с ЗЩИ облучателем. Получены статистические соотношения, позволяющие рассчитать все геометрические параметры ЗА и ЗЩИ облучателя. Экспериментальное исследование подтвердило применимость полученных соотношений для инженерных расчетов параметров ЗА и ЗЩИ.

ЧАСТОТНЫЕ СВОЙСТВА ДИОДОВ ГАННА МИЛЛИМЕТРОВЫХ ДИАПАЗОНОВ С ТЕМПЕРАТУРНЫМИ ГРАДИЕНТАМИ В ДОМЕННОМ РЕЖИМЕ

Аркуша Ю. В.

58-61

Теоретически с помощью двухтемпературной модели CaAs исследованы частотные свойства диодов Ганна с температурными градиентами в доменном режиме. Рассмотрены случаи с однородным распределением температуры в диоде, с максимальной температурой на аноде и с максимальной температурой на катоде. Показано, что увеличение температуры на катоде эквивалентно общему нагреву рабочей области диода, в результате чего эффективность генерации как на основной частоте, так и на частоте второй гармоники, уменьшается. Увеличение температуры на аноде при определенных градиентах приводит к эффективности генерации на частотах, превышающих пролетную в1,5 - 2 раза и расширяет частотный диапазон работы диода на второй гармонике до 200 ГГц.

СПМШ ДИОДОВ С КАТОДНЫМ СТАТИЧЕСКИМ ДОМЕНОМ В КОРОТКОВОЛНОВОМ ДИАПАЗОНЕ МИЛЛИМЕТРОВЫХ ДЛИН ВОЛН

Золотарев Е. С., Прохоров Э. Д.

61-64

Приведены экспериментальные частотные характеристики спектральной плотности мощности шума (СПМШ) диодов с катодным статическим доменом (ДКСД). Показано, что частотные особенности спектра СВЧ шума определяются временами пролета электронов и дырок через область сильного поля ДКСД. Наблюдается корреляция между шириной зоны умножения с частотным спектром. Установлено, что частотный спектр шума в коротковолновой части СВЧ диапазона определяется параметрами n-области ДКСД.

ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ СПМШ ДИОДОВ С КАТОДНЫМ СТАТИСТИЧЕСКИМ ДОМЕНОМ

Золотарев Е. С., Прохоров Э. Д.

65-67

Приведены экспериментальные результаты влияния температуры на характеристики генераторов шума на основе ДКСД.

Показано, что при уменьшении температуры ВАХ ДКСД изменяются – увеличивается плотность тока через диод, вырастает пороговый ток и пороговое напряжение, что приводит к увеличению СПМШ на 10-15 дБ в диапазоне 16-25 ГГц.

Установлено, что эффект изменения СПМШ ДКСД в магнитном поле сохраняется в диапазоне температур 20-120 °С.

Приведены энергетические характеристики работы ДКСД в магнитном поле в непрерывном и импульсном режимах.

УСИЛИТЕЛЬНЫЙ ПЕНИОМАГНЕТРОН С АКСИАЛЬНО ЗАМЕДЛЕННОЙ ВОЛНОЙ

Еремка В. Д., Жураховский В. А., Коваленко А. М.

67-76

Рассмотрен вакуумный прибор, работающий на одной из высоких гармоник циклотронной частоты, в котором моновинтовой поток электронов взаимодействует в пениотронном режиме с медленной электромагнитной волной азимутальнопериодической электродинамической системы магнетронного типа. На основе метода разделения частот построена нелинейная самосогласованная релятивистская теория усилительного пениомагнетрона. Проведено численное исследование энергетических характеристик (КПД, коэффициент усиления) рассматриваемого прибора. Показана возможность получения экстремально высоких КПД (теоретически вплоть до 100 %) даже на очень высоких (>10) гармониках циклотронной частоты. Указано на существование режима работы, не требующего профилирования магнитостатического поля.

НЕЛИНЕЙНАЯ САМОСОГЛАСОВАННАЯ ТЕОРИЯ АВТОРЕЗОНАНСНОГО ПЕНИОМАГНЕТРОНА В РЕЖИМАХ ГЕНЕРАЦИИ И УСИЛЕНИЯ

Еремка В. Д., Жураховский В. А., Коваленко A. М.

76-85

Авторезонансный пениомагнетрон представляет собой устройство, действующее на высокой циклотронной гармонике в режиме пениотронного резонанса электронной монотрубки, вращающейся в однородном магнитостатическом поле, с вращающейся в ту же сторону Т-волной азимутально периодического волновода.

В предположении отсутствия разброса скоростей заряженных частиц, а также влияния пространственного заряда построена нелинейная самосогласованная теория авторезонансного пениомагнетрона.

Аналитически проинтегрировано уравнение для электронного КПД в режимах генерации и усиления и показано, что он теоретически достигает 100 % на любой циклотронной гармонике, хотя темп роста КПД в зависимости от длины пространства взаимодействия уменьшается с увеличением номера гармоники.

Приведен полезный для практики пример расчета авторезонансного пениомагнетрона на 5-й циклотронной гармонике с КПД 80 %.

КОМБИНИРОВАННАЯ ПЕРЕСТРОЙКА ЧАСТОТЫ СТОХАСТИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ СЛАБОРЕЗОНАНСНОЙ ЛОВО

Ракитянский В. А.

85-88

Экспериментально исследуется непрерывная комбинированная перестройка средней частоты стохастических колебаний слаборезонансной ЛОВО. Механическая перестройка осуществляется изменением фазы коэффициента отражения неоднородности, размещенной в коллекторном выходном волноводе генератора.

СТОХАСТИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ НЕАВТОНОМНОЙ РЕЗОНАНСНОЙ ЛОВО

Ефимов Б. П., Лукин К. А., Ракитянский В. А.

89-95

Экспериментально исследуется воздействие внешнего гармонического сигнала на резонансный генератор обратной волны. Наблюдающиеся стохастические колебания связываются с инерционной нелинейностью активного элемента генератора, имеющего сравнительно высокодобротную колебательную систему.

ГЕНЕРАТОР М- J ТИПА С ОТКРЫТЫМ РЕЗОНАТОРОМ

Алексеев Г. А., Пивоварова А. Г.

95-99

Рассмотрена возможность создания резонансного высокоэффективного генератора, использующего М-J тип взаимодействия электронного потока с полем периодической структуры. Проведен качественный анализ работы прибора. Предложено конструктивное решение генератора М- J типа миллиметрового диапазона волн с открытым резонатором.

ПРИНЦИПЫ ВЫБОРА ОПТИМАЛЬНЫХ СТРУКТУР ГЕНЕРАТОРОВ МИЛЛИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА С ВАРАКТОРНОЙ ПЕРЕСТРОЙКОЙ ЧАСТОТЫ

Авакян Р. С., Мачусский Е. А., Таубе А. Л.

100-112

Рассмотрены принципы построения перестраиваемых генераторов, предложены обобщенные соотношения для оценки диапазона частотной пере стройки, основанные на введении среднего коэффициента включения элемента перестройки. Разработана методика выбора варакторов для электрически перестраиваемых генераторов. Рассмотрено ограничение диапазона перестройки частоты перепадом выходной мощности генератора и сформулировано правило оптимального включения перестраивающего элемента. Составлен структурно полный набор сосредоточенных схем варакторной перестройки (8 разновидностей), выполнен их анализ и определены области предпочтительного применения. Составлен структурно полный набор шлейфных схем варакторной перестройки (4 разновидности), проведен их анализ, получены формулы для экспресс-оценки коэффициента включения емкости варактора и диапазона частотной перестройки. Предложен способ расширения диапазона перестройки и уменьшения перепада выходной мощности в шлейфных схемах путем использования резонансных свойств варакторов и активных элементов. Сформулированы принципы выбора оптимальных структур перестраиваемых генераторов.

ЦИРКУЛЯРНО ДИХРОИЧНОЕ ЗЕРКАЛО НЕВЗАИМНОГО ОСЛАБИТЕЛЯ НА ОСНОВЕ СТРУКТУРЫ ПОЛУПРОВОДНИК-МЕТАЛЛ

Кононенко В. К., Кулешов Е. М.

112-116

Предложено и обосновано применение структуры полупроводник-металл, помещенной в магнитное поле, в качестве циркулярно дихроичного зеркала невзаимного ослабителя субмиллиметрового диапазона волн. Приведены результаты экспериментальной проверки квазиоптического вентиля такого типа.

ИНВЕРСИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КВАНТОВЫХ ПАРАМARНИТНЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ И ГИПЕРЗВУКОВЫХ ВОЛН С РЕЗОНАТОРНОЙ НАКАЧКОЙ В УСЛОВИЯХ САМОВОЗДЕЙСТВИЯ ПОЛЯ НАКАЧКИ ЧЕРЕЗ АКТИВНУЮ СРЕДУ

Маковецкий Д. Н., Ворсуль К. В.

116-126

Исследованы процессы инверсии населенностей спиновых уровней в квантовых парамагнитных усилителях (КПУ) при накачке спин-системы с помощью бистабильного электромагнитного резонатора Фабри-Перо. Получены аналитические выражения для ляпуновских показателей, сечений поверхности бифуркаций и полевых зависимостей коэффициента инверсии КПУ. Установлено, что при высоких добротностях резонатора накачки типичным является возникновение стационарных устойчивых изолированных ветвей с повышенным значением коэффициента инверсии. В области характерных для мазеров и фазеров режимов работы получены оценки управляющих параметров, при которых эффекты бистабильности накачки КПУ становятся доминирующими в пределах всей линии усиления.

МОДУЛЯЦИЯ МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ МИЛЛИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА ДЛИН ВОЛН

Шеховцов Н. А.

126-134

Исследована модуляция мощности электромагнитного излучения диапазона частот 37,50-53,57 ГГц германиевым р⁺_-n^-n⁺ модулятором с удельным сопротивлением n - области 35 Ом·см при почти полном и частичном заполнении поперечного сечения волновода шестимиллиметрового диапазона n - областью. Показано, что зависимость прошедшей мощности от концентрации пар электрон-дырка характеризуется наличием минимума, а зависимость поглощенной мощности от концентрации пар электрон-дырка наличием максимума. Показано, что минимум прошедшей и максимум поглощенной мощности излучения обусловлены отсутствием контактов n - области с широкими стенками волновода. При наличии контактов n - области с широкими стенками волновода поглощение излучения с ростом концентрации пар электрон-дырка непрерывно увеличивается.

МЕТАЛЛОДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПОЛЯРИЗАТОРЫ КВАЗИОПТИЧЕСКИХ ДЕЛИТЕЛЕЙ МОЩНОСТИ

Кечиев М. М., Кириленко А. А., Костенко А. А., Туловчиков В. С., Тысик Б. Г., Филатов О. Н., Хлопов Г. И.

134-140

Представлены результаты теоретического и экспериментального исследований металлодиэлектрических поляризаторов квазиоптических делителей мощности. Приведен анализ строгого решения задачи дифракции плоской электромагнитной волны на ленточной решетке с диэлектрической подложкой, полученного методом Римана-Гильберта, асимптотических выражений, полученных в длинноволновом приближении, а также данные экспериментального исследования.

Показано, что металлодиэлектрические поляризаторы обладают достаточно высокими характеристиками в миллиметровом диапазоне волн и могут быть использованы как элементы квазиоптических поляризационных делителей мощности.

НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ СПЕКТРАЛЬНЫХ СВОЙСТВ ОТКРЫТЫХ ВОЛНОВОДНЫХ РЕЗОНАТОРОВ

Почанина И. Е., Яшина Н. П.

140-150

В работе для открытых волноводных резонаторов получено строгое в математическом отношении решение спектральной задачи и задачи дифракции, проведено исследование морсовских критических точек характеристического определителя задачи и дифракционных характеристик, составляющее идейную основу численных методов анализа явления междутипового взаимодействия колебаний.

АНОМАЛЬНОЕ ПОГЛОЩЕНИЕ ЭНЕРГИИ ПОЛЯ В ПЕРИОДИЧЕСКИ НЕОДНОРОДНОМ СЛОЕ

Левченко Е. В.

150-155

Рассматривается рассеяние плоской волны на периодически неоднородном диэлектрическом слое. Получены электродинамические характеристики диэлектрической решетки, которые хорошо согласуются с известными результатами, качественно описывающими поведение периодических малопараметрических рассеивателей в поле плоской волны. Основное внимание уделено эффектам аномального поглощения энергии поля в периодически неоднородном слое.

АНАЛИЗ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ВОЛНОВОДОВ С КУСОЧНО-ЛИНЕЙНОЙ ОБРАЗУЮЩЕЙ

Орлов М. В., Ткаченко В. И., Кириленко А. А.

155-160

Методом поперечного резонанса построен электродинамический базис волноводов сложной формы поперечного сечения.

Описаны закономерности появления ложных решений при использовании данного метода. Проведено сравнение численных результатов с методом частичных областей при учете особенности поля на ребре для случаев П- и Г- образного волноводов. Приведены результаты расчета основной волны для П-волновода с трапецеидальной конфигурацией гребня.

КВАЗИОПТИЧЕСКИЕ ИНТЕРФЕРОМЕТРЫ ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ВЫСОКОПЛОТНЫХ ПЛАЗМЕННЫХ ОБРАЗОВАНИЙ С БОЛЬШИМ ПОПЕРЕЧНЫМ СЕЧЕНИЕМ

Щербов В. А., Нестеров П. К.

160-165

Описаны квазиоптические импульсные интерферометры для диагностики высокоплотной плазмы с большим поперечным сечением, выполненные на базе полого диэлектрического лучевода и квазиоптических радиоизмерительных устройств. Рассмотрены их схемы: 1) измеряющие сдвиг фазы между обыкновенной и необыкновенной волнами (); 2) использующие дисперсионные свойства плазмы и предназначенные для измерения пространственного распределения концентрации электронов в плазме.