Надвисоких частот техніка, техніка СВЧ(надвисокі частоти), галузь науки і техніки, пов'язана з вивченням і використанням властивостей електромагнітних коливань і хвиль в діапазоні частот від 300 Мгц до 300 Ггц. Ці кордони умовні: в деяких випадках нижнім кордоном діапазону СВЧ(надвисокі частоти) вважають 30 Мгц, а верхньою — 3 Тгц. За типом вирішуваних завдань і пов'язаних з ними сферам застосування пристрої і системи С. ч. т. (випромінюючі, передавальні, приймальні, вимірники і ін.) можна підрозділити на інформаційних, таких, що відносяться до радіозв'язки, телебаченню, радіолокації, радіонавігації, радіоуправлінню, технічній діагностиці, обчислювальній техніці і т. д., і енергетичні, вживані в промисловій технології, побутових приладах, в медичному, біологічному і хімічному устаткуванні, при передачі енергії і т. д. Пристрої і системи С. ч. т. використовуються як потужний інструмент в багатьох наукових дослідженнях, що проводяться в радіоспектроскопії, фізиці твердого тіла, ядерній фізиці, радіоастрономії і ін. Вельми широкий діапазон СВЧ(надвисокі частоти) умовно розбивають на окремі ділянки, найчастіше визначувані довжиною хвилі l, — ділянки метрових (l = 10—1 м-код ) , дециметрових (100—10 см ) , сантиметрових (10—1 см ) , міліметрових (10—1 мм ) і децимілліметрових (або субміліметрових) (1—0,1 мм ) хвиль. (Довжина хвилі пов'язана з частотою f співвідношенням l = clf, де з — швидкість поширення електромагнітних хвиль у вакуумі.)
Теорія електромагнітного поля СВЧ(надвисокі частоти) грунтується на загальних законах електродинаміки, відповідно до яких складові електромагнітного поля (вектори електричного і магнітного полів Е і н ), залежні від координат і часу, і характеристики джерел, що породжують це поле (щільність заряду і щільність повного струму), зв'язані між собою системою Лоренца — Максвелла рівнянь . Вводячи поняття хвилевого опору середовища r = Е/Н можна перейти до т.з. телеграфним рівнянням, які встановлюють зв'язок між напругою і струмами в СВЧ(надвисокі частоти) пристроях (залежними від координат і часу), з одного боку, і електричними параметрами пристроїв — з іншою.
Загальні властивості і особливості пристроїв С. ч. т. Пристроям С. ч. т. (особливо на довжинах хвиль 30 см — 3 мм. ) властиві характерні властивості, які відрізняють їх від пристроїв, вживаних в інших, ділянках електромагнітного спектру, що примикають до них. До таких властивостей належать: сумірність (як правило) довжини хвилі з лінійними розмірами пристроїв і їх елементів, сумірність часу прольоту електронів в електронних приладах з періодом СВЧ(надвисокі частоти) коливань, відносне слабке поглинання хвиль в іоносфері і сильне (на певних частотах) поглинання їх в приповерхневому шарі Землі, високий коефіцієнт віддзеркалення від металевих поверхонь, можливість концентрації СВЧ(надвисокі частоти) енергії у вузькому промені, здатність енергетичної взаємодії з речовиною (молекулами і атомами), велика інформаційна ємкість діапазону СВЧ(надвисокі частоти) і т. д.
Ланцюги, елементи і електронні прилади С. ч. т. У діапазоні СВЧ(надвисокі частоти) пасивні ланцюги (енергії, що не містять джерел) і вхідні в них елементи представлені головним чином т.з. лініями передачі і їх відрізками у вигляді різних радіохвилеводів (двопровідних і коаксіальних — на метрових і дециметрових хвилях; коаксіальних, порожнистих і полоськових — на сантиметрових хвилях; порожнистих, діелектричних і квазіоптичних — на міліметрових і субміліметрових хвилях), за допомогою яких електромагнітна енергія напрямлено передається до приймача з метою подальшого виділення в нім сигналів корисної інформації або енергії СВЧ(надвисокі частоти). Зазвичай лінія має довжину, сумірну з довжиною хвилі або більшу, ніж вона; час поширення хвилі в лінії сумірно з періодом СВЧ(надвисокі частоти) коливань або перевищує його. На відміну від електричних ланцюгів (вживаних частково на метрових, але частіше на довших хвилях), у яких індуктивність зосереджена в котушці, ємкість — в конденсаторі, активний опір — в резисторі і які називаються ланцюгами із зосередженими постійними, ємкість, індуктивність і активний опір в лінії передачі можна представити розподіленими уздовж всього провідника; тому лінії відносять до т.з. ланцюгам з розподіленими параметрами. Електричні процеси, що протікають в такого роду ланцюгах, вимагають вивчення не лише в часу, але і в просторі.
Коли до лінії з одного боку підключений генератор змінної едс(електрорушійна сила), а з іншої — навантаження, уздовж лінії (від генератора до навантаження) рухається т.з. хвиля, що біжить, що переносить енергію. Режим хвиль, що чисто біжать, спостерігається в лінії лише в тому випадку, якщо вона навантажена на опір, рівний її хвилевому опору r; вхідне опір такій лінії (на клемах генератора) також дорівнює опору навантаження; за відсутності втрат в лінії значення напруги струму, що діють, уздовж неї скрізь постійні, і передавана енергія повністю поглинається опором навантаження. У розімкненій і короткозамкнутій лініях ( мал. 1 ), навпаки, встановлюється режим стоячих хвиль, і уздовж лінії чергуються вузли і пучності напруги і струму. При будь-якому іншому значенні і характері опору навантаження порушується умова узгодження опорів і в лінії відбувається складніший процес — встановлюється режим т.з. змішаних, або комбінованих, хвиль (частина енергії падаючої хвилі поглинається в активному опорі навантаження, а остання енергія відбивається від неї — утворюються стоячі хвилі). Вхідне опір такій лінії або її відрізань може мати періодичний характер і величину, що змінюється в широких межах залежно від вибору довжини робочої хвилі, характеру навантаження і геометричної довжини лінії. Так, наприклад, вхідний опір лінії без втрат, навантаженій на активний опір R н , при непарному числі чвертей хвилі, що укладаються уздовж неї, рівне r 2 /r н , а при парному — R н . Для характеристики режиму лінії і визначення величини потужності, що виділяється в навантаженні, користуються коефіцієнт хвилі, що біжить, рівним відношенню мінімальної і максимальної напруги уздовж лінії, або величиною, зворотною йому і званої коефіцієнтом стоячої хвилі.
На використанні властивостей ліній, їх відрізань і порожнистих металевих тіл з певними геометричними розмірами і конфігурацією, що володіють різними вхідними опорами, засновано конструювання всіляких СВЧ(надвисокі частоти) елементів і вузлів, таких як двопровідні, коаксіальні і об'ємні резонатори, трансформатори повних опорів, електричні фільтри, гібридні з'єднання, направлені відгалужувачі, аттенюатори, фазовращателі, шлейфи і мн.(багато) ін. Використання в лініях феритів дозволило створити СВЧ(надвисокі частоти) елементи і вузли, що володіють необоротними (вентильними) властивостями, — такі, як ізолятори, направлені фазовращателі (див. Гіратор ) , циркулятори і ін.
Активні ланцюги містять поряд з пасивними елементами джерела СВЧ(надвисокі частоти) енергії. До останніх відносяться головним чином електронні прилади — електровакуумні, напівпровідникові, квантові і ін. Основні види електровакуумних приладів, вживаних на СВЧ(надвисокі частоти) для генерування, посилення, перетворення і детектування, — це прилади, в яких з електричними коливаннями або полем електромагнітної хвилі взаємодіє потік електронів (струм). Їх підрозділяють на 2 групи: електронні лампи з електростатичним управлінням (сітковим управлінням) струмом, в яких збільшення енергії СВЧ(надвисокі частоти) коливань відбувається в результаті дії змінного потенціалу сітки, що управляє, на об'ємний заряд в катода (тріод-пентоди, тетроди, пентоди ) , і електронні прилади з динамічним управлінням струмом, в яких збільшення енергії СВЧ(надвисокі частоти) поля відбувається унаслідок дискретного (у клістронах ) або безперервного (у лампах хвилі, що біжить, лампах зворотної хвилі, магнетронах, в приладах, заснованих на мазерно-циклотронному резонансі, — МЦР генераторах і підсилювачах і т. д.) взаємодії електронів зі СВЧ(надвисокі частоти) полемо. Для зменшення шкідливого впливу інерції електронів, междуелектродних ємкостей і індуктівностей виводів (що обмежують максимальну частоту посилення і генерування), а також для зниження діелектричних втрат в матеріалі балона і цоколя лампи в приладах 1-ої групи (вживаних головним чином на метрових і дециметрових хвилях) передбачений ряд конструктивно-технологічних заходів, таких, як зменшення междуелектродних відстаней і поверхонь електродів (останні виконуються у вигляді дисків — для забезпечення зручного під'єднування до них об'ємних резонаторів) використання спеціальної кераміки з малими втратами СВЧ(надвисокі частоти) енергії і ін. До таких приладів відносяться металокерамічні лампи, нувістори, маячковиє лампи, резнатрони і коакситрони. Прилади 2-ої групи (вживані головним образом на дециметрових, сантиметрових і міліметрових хвилях) позбавлені багатьох недоліків приладів 1-ої групи, але за принципом дії, конструктивного виконання і налаштування зазвичай складніше за них; обмеження максимальної частоти посилення і генерування в них пов'язане з різким зменшенням (при підвищенні робочої частоти) розмірів і допусків на виготовлення окремих СВЧ(надвисокі частоти) елементів, зростанням втрат, зменшенням зв'язку потоку електронів зі СВЧ(надвисокі частоти) полемо і ін. причинами. Напівпровідникові прилади всіх основних типів — детекторні і змішувачі СВЧ(надвисокі частоти) напівпровідникові діоди, СВЧ(надвисокі частоти) транзистори, варактори (варікапи ) , лавинно-пролітні напівпровідникові діоди, Ганна діоди, Шотки діоди, тунельні діоди, параметричні напівпровідникові діоди — знаходять вживання у всьому діапазоні СВЧ(надвисокі частоти); генераторні і підсилювальні прилади розвивають в безперервному режимі роботи корисну потужність до декількох десятків Вт в метровому діапазоні і до декількох Вт в сантиметровому.
Узагальненими показниками роботи електронних СВЧ(надвисокі частоти) приладів, призначених для передачі і здобуття інформації, є їх частотно-енергетичної характеристики, що відображують залежність від частоти гранично досяжних рівнів потужності при випромінюванні ( мал. 2 ) і мінімальних рівнів шумів при прийомі ( мал. 3 ). Ці характеристики, зокрема, пов'язані із здобуттям найбільшого енергетичного потенціалу — стосунки вихідної потужності передавального пристрою до мінімально допустимої (для нормальної роботи) потужності шумів приймального пристрою; від його величини, у свою чергу, залежить дальність дії радіоелектронних систем.
Пристрої і системи С. ч. т. Різні поєднання пасивних, а також активних і пасивних СВЧ(надвисокі частоти) ланцюгів використовують для створення всіляких пристроїв, таких, як антенні фідери, сполучають антену за допомогою фідера з вхідним ланцюгом радіоприймача або вихідним ланцюгом радіопередавача, генератори і підсилювачі, приймачі випромінювання, помножувачі частоти, вимірювальні прилади і т. д. Вживання в СВЧ(надвисокі частоти) пристроях надпровідних резонаторів, водневих і цезієвих генераторів (див. Квантові стандарти частоти ) дозволило отримувати вельми малу відносну нестабільність частоти (10 -10 —10 -13 ).
При побудові радіоелектронних систем з великим енергетичним потенціалом використовують генератори на клістронах, магнетронах і ін. приладах магнетронного типа або (головним чином в антенних системах, що є фазовані антенні грати з електронним управлінням діаграмою спрямованості) велике число (до 10 тис.) порівняльне малопотужних (до декількох десятків Вт ) електронних приладів, що працюють паралельно; паралельно працюючі потужні прилади СВЧ(надвисокі частоти) застосовують в прискорювальній техніці (див. Ядерна техніка ) . Завдання зниження шумів приймальних пристроїв найефективніше вирішується при використанні параметричних підсилювачів (переважно неохолоджуваних) і квантових підсилювачів — мазеров (у яких активне середовище охолоджується до температури рідкого гелію або азоту — 4 або 77 До). У технологічних цілях і для приготування їжі використовуються СВЧ(надвисокі частоти) печі ( мал. 4, 5 ).
Радикальне вирішення проблеми мініатюризації і надійності апаратури в системах невисокого енергетичного потенціалу було знайдене шляхом створення повністю напівпровідникових передавальних і приймальних пристроїв ( мал. 6 ), особливо в інтегрального виконання (див. Мікроелектроніка, Планарная технологія ) . Т. до. розміри основних елементів в гібридних і монолітних інтегральних схемах . СВЧ(надвисокі частоти) складають десятки і одиниці мкм, такі пристрої, вживані головним чином на частотах від 1 до 15 Ггц, можна конструювати з елементів ланцюгів із зосередженими параметрами і двопровідних ліній; при їх розробці найбільші труднощі викликають проблеми відведення тепла і усунення паразитних зв'язків. Ця область С. ч. т., а також техніка міліметрового і субміліметрового діапазонів знаходяться у стадії інтенсивного освоєння.
Безпека роботи з пристроями С. ч. т. Зростання масштабів вживання СВЧ(надвисокі частоти) пристроїв і особливе використання пристроїв великої потужності привело до помітного підвищення рівня СВЧ(надвисокі частоти) енергії на земній кулі і до збільшення локальної інтенсивності випромінювання СВЧ(надвисокі частоти) енергії передавальними антенами (особливо з гострою діаграмою спрямованості). Крім того, коли до антени по фідеру підводиться значна СВЧ(надвисокі частоти) потужність, з'являється висока напруга, небезпечна для здоров'я і життя людей, що знаходяться поблизу. У зв'язку з цим виник спеціальний розділ гігієна праці — радіогігієна, що займається вивченням біологічного впливу радіовипромінювань і розробкою заходів по запобіганню шкідливій дії СВЧ(надвисокі частоти) енергії на людину і поразки його електричним струмом СВЧ(надвисокі частоти). Вважаються безпечними для здоров'я людини наступні гранично допустима щільність потоку потужності поля СВЧ(надвисокі частоти): 10 мвт/см 2 протягом 7—8 ч, 100 мвт/см 2 протягом 2 ч, 1 вт/см 2 протягом 15—20 мін (при обов'язковому користуванні захисними окулярами). Допуск обслуговуючого персоналу до роботи з промисловими СВЧ(надвисокі частоти) пристроями вирішується лише після виконання необхідних заходів обережності відповідно до правил техніки безпеки для такого роду пристроїв. Слабкі дози опромінення хвилями СВЧ(надвисокі частоти) діапазону застосовуються для електролікування (т.з. мікрохвильова терапія).
Перспективи С. ч. т. тісно пов'язані з розвитком як традиційних, так і нових напрямів електрозв'язку, радіолокації, електроенергетики, промислової технології, з вивченням взаємодії електромагнітного поля з речовиною, рослинами і ін. живими організмами і т. д., з подальшим освоєнням міліметрового і субміліметрового діапазонів хвиль — перш за все в радіотехніці, ядерній фізиці, хімії і медицині. Вони також обумовлюються потребою в збільшенні енергетичного потенціалу (див. мал. 2 , 3 ) і підвищенням вимог до спектральних характеристик випромінюючих СВЧ(надвисокі частоти) пристроїв.
Літ.: Капіца П. Л., Електроніка великих потужностей, М., 1962; Сретенський Ст Н., Основи вживання електронних приладів надвисоких частот, М., 1963; Харвей А. Ф., Техніка надвисоких частот, пер.(переведення) з англ.(англійський), т. 1—2, М., 1965; Техніка субміліметрових хвиль, під ред. Р. А. Валітова, М., 1969; Лебедев І. Ст, Техніка і прилади СВЧ(надвисокі частоти), 2 видавництва, т. 1—2, М., 1970—72; СВЧ(надвисокі частоти) — енергетика, пер.(переведення) з англ.(англійський), т. 1—3, М., 1971; Радіоприймальні пристрої, під ред. Н. Ст Боброва, М., 1971; Руденко Ст М., Халяпін Д. Би., Магнушевський Ст Р., Малошумливі вхідні ланцюги СВЧ(надвисокі частоти) приймальних пристроїв, М., 1971; Кацман Ю. А,, Прилади надвисоких частот, М., 1973; Мінін Би. А., СВЧ(надвисокі частоти) і безпека людини, М., 1974; Вживання СВЧ(надвисокі частоти) в промисловості, науці і медицині, пер.(переведення) з англ.(англійський), «Труди Інстітута інженерів по електротехніці і радіоелектроніці», 1974, т. 62 № 1 (тематичний випуск).
