РАДИОЭЛЕКТРОНИКА НЕКОТОРЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ – ЧАСТЬ 1

November 25, 2011 by admin Комментировать »

Приближаясь к последнему десятилетию календарного тысячелетия и вступив в последнее десятилетие века своего существования, радиотехника не сбавляет, а продолжает наращивать темпы развития. Наступающий новый этап сохраняет главные идеи и принципы, созревшие за 90 лет, но они трансформируются на основе новой технологии. Определились и реализуются новые тенденции, частично наметившиеся двадцать и десять лет тому назад, но определившиеся в последние годы. Новый этап еще сильнее отмечен достижениями электроники, неразрывно связанной с радиотехникой, — радиоэлектроники.

Формирование радиоэлектроники как в определенной степени самостоятельной и крайне важной области электроники стало особенно явным в 40-е гг. под влиянием бурно развивающейся радиотехники. До этого времени электронные приборы радиотехнических устройств не отличались существенно от применявшихся в технике дальней проводной связи, проводном вещании, промышленной электронике и измерительной технике. В 40—50-е гг. появились новые электронные приборы, предназначенные прежде всего или исключительно для радиосистем и основанные на прямом пространственном взаимодействии электронных потоков и электромагнитных волн: магнетроны, клистроны, лампы бегущей волны (ЛБВ), а позже— квантовые приборы. В эти же годы продолжалось развитие электронных устройств радиотелевизионных систем: электронно-лучевых трубок, кинескопов, устройств синхронизации, преобразователей стандартов и пр. Этот период можно характеризовать по его доминирующей тенденции как «электронно-лучевой».

Следует отметить также, что радио- и телевизионная техника, ее идеи и реализация оказали глубочайшее влияние на другие направления развития радиоэлектроники, в частности на формирование радиолокационной техники. Характерные для телевидения электронные системы сканирования, устройства для формирования импульсов специальной формы и системы синхронизации нашли применение и дальнейшее развитие в различных видах радиотехнических систем. Более того, создание регулярной мозаичной микроструктуры в кинескопе цветного телевизора можно с достаточным основанием считать одним из первых и важнейших этапов зарождения и развития современной микроэлектроники.

Новую эпоху в радиотехнике открыло создание и внедрение полупроводниковых приборов, сегодня почти полностью сменивших электронные лампы. Процесс замены начался примерно с 1950 г., но подготовлен он был значительно более ранними, исследованиями, открытиями и изобретениями. «Транзисторная революция» естественно поставила вопрос о переходе к полупроводниковым приборам в аппаратуре всех частотных диапазонов, включая сантиметровые и миллиметровые волны. Роль радиоаппаратуры для этих диапазонов непрерывно росла; создавались новые системы радиорелейной связи, рассчитанные на передачу нескольких телевизионных программ и тысяч телефонных каналов, продолжали развиваться радиолокационные системы различного назначения, космические радиосистемы и др. Актуальной задачей стало создание прямой межспутниковой связи, для которой предпочтительны миллиметровые и децимиллиметровые волны.

Качественные показатели новых радиотехнических средств в значительной мере обусловлены положительными свойствами полупроводниковых приборов: их малыми размерами и массой, высокой надежностью и механической прочностью, безынерционностью при включении, низковольтным питанием и др. Транзисторы совершенствуются и внедряются в радиочастотные блоки аппаратуры сантиметрового диапазона; созданы, в частности, полевые СВЧ транзисторы разных типов: униполярные с управляемым электронно-дырочным переходом у затвора, со структурой МДП и с барьером Шотки. Они успешно применяются в радиоприемной аппаратуре при не очень высоких требованиях к чувствительности (шумовой температуре). Работы в этом направлении продолжаются.

Новая ветвь в радиоэлектронике возникла с широким внедрением негатронов — полупроводниковых СВЧ диодов с отрицательным сопротивлением. Судьба негатронов может служить иллюстрацией развития по спирали: диоды с отрицательным сопротивлением, способные усиливать и генерировать электрические колебания, известны в радиотехнике уже около трех четвертей столетия.

В 1958 г. был создан, исследован и внедрен в радиоприемную аппаратуру СВЧ туннельный диод. Благодаря туннельному механизму прохождения электронов через электронно-дырочный переход диод имеет отрицательное динамическое сопротивление, обладающее хорошей стабильностью. Благодаря сравнительно низкой шумовой температуре регенеративные усилители и преобразователи частоты на туннельных диодах получили в конце 60-х и начале 70-х гг. значительное распространение в радиоприемной СВЧ аппаратуре, но за последнее десятилетие интерес к ним ослаб, так как в результате совершенствования материалов и технологии сравнимые и лучшие результаты были достигнуты с СВЧ транзисторами.

В то же время прочные позиции в радиотехнике занял созданный в 1959 г. лавинно-пролетный диод (ЛПД) — негатрон, основанный на явлениях лавинного умножения носителей заряда в электронно-дырочном переходе («лавинного пробоя») и дрейфа («пролета») носителей заряда в полупроводнике. Генерация колебания СВЧ при лавинном умножении была обнаружена А. С. Та- гером и его сотрудниками; этот эффект внесен в реестр открытий СССР. В отличие от туннельного диода, являющегося маломощным прибором, ЛПД позволяет генерировать в диапазоне сантиметровых волн сравнительно мощные колебания — несколько ватт в непрерывном режиме и десятки ватт в импульсном.

В 1963 г. было открыто явление генерации или усиления колебаний в диапазоне сантиметровых и миллиметровых волн в полупроводнике при приложении к нему постоянного напряжения. В основе действия приборов, использующих это явление и позволяющих, как и ЛПД, получать мощные колебания, эффект возбуждения в полупроводнике бегущей волны —движения от катода к аноду области повышенной напряженности электрического поля, названной «доменом». В этом случае механизм генерации имеет некоторое сходство с процессом в клистронном генераторе.

Наряду с перечисленными приборами ответственные функции в радиотехнике выполняют радиоэлектронные устройства, также твердотельные, но основанные на иных принципах, — квантовые (молекулярные) генераторы и усилители, часто называемые мазерами.

Значительно более простыми по конструкции и экономичными являются параметрические усилители — малошумящие устройства, теоретические основы работы которых были разработаны еще в 30-е гг. Л. И. Мандельштамом и Н. Д. Папалекси. Реализовать их удалось лишь после создания и внедрения емкостных полупроводниковых диодов — варакторов.

В совокупности рассмотренных взаимосвязанных радиоэлектронных приборов и устройств: генераторов на негатронах, квантовых генераторов и усилителей, варакторных параметрических усилителей, первые играют вспомогательную роль генераторов — источников энергии для вторых и третьих. Однако простота и эффективность негатронных генераторов позволяет применять их и в других радиотехнических устройствах, в частности в радиопередатчиках.

Для прямого использования негатронных СВЧ генераторов в мощных каскадах радиопередатчиков потребовалось решить две важные задачи: обеспечить стабильность частоты, поскольку собственная стабильность частоты колебаний, генерируемых негатронами, значительно ниже, чем это необходимо в современных радиотехнических системах, и найти способы модуляции. В течение последнего десятилетия проводятся интенсивные исследования синхронизации автогенераторов на негатронах. Это объясняется тем, что колебания сравнительно мощного генератора могут захватываться колебаниями связанного с ним высокостабильного источника малой мощности; в этом случае стабильность частоты мощных колебаний практически соответствует стабильности опорного генератора.

Для получения опорных колебаний не обязательны такие сложные радиоэлектронные устройства, как квантовый генератор, поскольку за последнее десятилетие достигнуты большие успехи в области кварцевой стабилизации частот и производства кварцевых резонаторов. Современные транзисторные генераторы,- стабилизированные кварцем и термостатированные, при достаточно простой конструкции обеспечивают на частотах в десятки мегагерц стабильность порядка 10~8—Ю-9, что в большинстве случаев достаточно. При необходимости умножения частоты таких генераторов негатроны успешно используются в цепях умножителей.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты