Ф И З И Ч Е С К И Й   Ф А К У Л Ь Т Е Т   М Г У   и м е н и   М . В . Л О М О Н О С О В А

Кафедра фотоники и физики микроволн

Заглавная страница
Новости
История кафедры
Лаборатории
Сотрудники
Спецкурсы
Спецпрактикум
Студентам
младших курсов
Аспирантам
Практикум по радиоэлектронике
Школа-семинар по волновым явлениям
Фотоальбом
Полезные ссылки
English


Основы физики микроволн

(7 семестр, 36 часов)

Диапазон микроволн. Особенности распространения микроволн в различных средах, полосы прозрачности атмосферы и спектры поглощения молекул. Практическое использование микроволн в различных областях науки и техники (физика, энергетика, телекоммуникация, связь, медицина и др.). Генераторы, усилители и приемники микроволн. Перспективы и проблемы освоения микроволнового диапазона.

Микроволны и уравнения Максвелла. Решения уравнений Максвелла для высокочастотных электромагнитных полей. Уравнение Гельмгольца. Скин-эффект и граничные условия. Граничное условие Леонтовича.

Микроволны в линиях передачи. Поперечные ТЕМ волны, напряжение и ток в ТЕМ линии. Мощности волн в ТЕМ линии. Решения уравнений Гельмгольца для поперечных ТЕМ волн в коаксиальной линии передачи. Фазовая и групповая скорость ТЕМ волн.

Поперечные ТЕМ волны в микрополосковых линиях передачи. Коэффициент стоячей волны по напряжению (КСВН). Трансформация сопротивлений и проводимостей в линиях передачи. Согласование длинных линий.

Распространение микроволн в волноводах. Решения уравнений Гельмгольца для волн в волноводах. Волны Н-типа и Е-типа. Прямоугольные и круглые волноводы. Фазовая и групповая скорость волн в волноводах. Мощности волн в волноводах.

Сопротивление и проводимость волноводных линий передачи. Методы согласования волноводов. Неоднородности в волноводах, диафрагмы. Возбуждение волноводов, элементы связи. Соединения волноводов Потери и затухание волн в волноводах. Передача энергии по волноводам. Диэлектрический волновод. Типы волн в плоских и круглых диэлектрических волноводах. Оптоволоконные линии передачи.

Микроволновые резонаторы. Свободные колебания в резонаторах. Резонаторы, образованные из отрезков линий передачи. Резонаторы специального назначения. Методы расчета частоты свободных колебаний в резонаторах. Потери в резонаторах, добротность резонаторов. Вынужденные колебания в резонаторах. Возбуждение резонаторов, элементы связи. Открытые резонаторы.

Распространение микроволн в периодических замедляющих системах, фазовая и групповая скорость волн. Пространственные гармоники. Сопротивление связи. Практические примеры замедляющих систем: спираль, гребенка, встречные штыри.

Взаимодействие микроволн с электронными потоками. Электронный поток как активная среда. Формирование и фокусировка потоков. Наведенный ток. Возбуждение резонаторов электронным потоком, электронная проводимость. Скоростная модуляция и пространственная группировка электронного потока. Кинематическое приближение процессов группировки в пролетном и отражательном клистроне, влияние пространственного заряда.

Нормальные волны в электронном потоке: волны пространственного заряда и поперечные волны. Фазовая и групповая скорость волн электронного потока. Кинетическая мощность волн. Взаимодействие электронного потока с волнами пространственного заряда в замедляющих системах ЛБВ и ЛОВ.

Параметрическое усиление поперечных волн потока. Методы снижения уровня шумов циклотронных волн. Сверхмалошумящие усилители циклотронных волн, их коэффициент шума, помехозащищенность и динамический диапазон.

Мощные усилители и генераторы микроволн. Многолучевые клистроны. Магнетроны. Релятивистская микроволновая электроника.

Применение нанотехнологий в микроволновой электронике. Автоэмиссионные катоды. Нанотриоды и наноклистроны. Современные тенденции развития микроволновой вакуумной электроники.

Микроволны в твердотельной плазме. Инжекционный ток. Микроволновый эффект Ганна. Генерация и усиление микроволн в диодах с лавинно-пролетной неустойчивостью. Преобразование микроволн барьерными устройствами, микроволновые выпрямители, детекторы, усилители и смесители. Эффект Джозефсона.

Микроволны в гиромагнитных средах. Ферриты. Распространение плоских волн в продольно и поперечно намагниченных ферритах. Эффект Фарадея. Ферриты в волноводе, ферритовый вентиль, ферритовый циркулятор.

Микроволны и ядерный магнитный резонанс. Применение ЯМР в спектроскопии и в медицинских исследованиях. ЯМР - томография. КВЧ - терапия. Стандарты безопасного СВЧ облучения.

Микроволны и "левые среды". Мета-материалы и особенности распространения микроволн. Микроволны в терагерцовом диапазоне. Радиовидение.

Микроволны в беспроводных линиях передачи информации и энергии. Микроволновые антенны, фазированные антенные системы. Радиолокация. Микроволновые системы телекоммуникации и связи. Микроволновая передача энергии, перспективы развития космической энергетики.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Карлинер М.М. // Электродинамика СВЧ. Новосибирск, Изд. НГУ, 1999.
  2. Пименов Ю.В., Вольман В.И., Муравцов А.Д. // Техническая электродинамика. М., Радио и связь, 2000.
  3. Силин Р.А. // Периодические волноводы. М., Изд. Фазис, 2002.
  4. Вайнштейн Л.А. // Электромагнитные волны. М., Высшая школа, 1990.
  5. Шевчик В.Н., Григорьев М.А. // Электронные приборы сверхвысоких частот. Саратов, Изд. СГУ, 1980.
  6. Епифанов Г.И., Мома Ю.А. // Твердотельная электроника. М.. Высшая школа, 1986.

Дополнительная литература

  1. Виноградова М.Б., Руденко О.В., Сухоруков А.П. Теория волн. М., Наука, 1990.
  2. Гусева М.Б., Дубинина Е.М. // Физические основы твердотельной электроники. М., Изд. МГУ, 1986.
  3. Агранович В.М., Гартштейн Ю.Н.// УФН, т.176, вып.6, с.1051, 2006.

Программа составлена доц. В.Л. Саввиным
Утверждена на заседании кафедры 26.06.2009