Характеристика элементной базы приемников СВЧ диапазона.

Соизмеримость геометрических размеров конструкций элемен­тов и узлов радиоаппаратуры с длинами волн СВЧ диапазона при­водит к существенным изменениям в происходящих физических явлениях и к значительным количественным и качественным изме­нениям электрических свойств используемых радиоматериалов.

Это обусловливает ряд конструктивных особенностей СВЧ приемников среди которых можно выделить следующие:

- размеры конструкций СВЧ устройств определяются с учетом полураспределенных и распределенных параметров;

- параметры элементов и узлов определяются структурой элек­тромагнитного поля, что требует от конструкций выполнения усло­вий, обеспечивающих стабильное возбуждение нужной структуры поля;

- основные характеристики находятся в прямой зависимости от геометрических размеров конструкций, что часто вызывает необ­ходимость применения жестких допусков при изготовлении;

- ряд важных характеристик улучшается при высоком качестве обработки и соответствующем покрытии поверхностей, соприка­сающихся с электромагнитным полем, что требует проведения сложных и дорогостоящих операций полирования, серебрения, по­крытия специальными лаками;

- способность к интенсивному излучению, вредное биологиче­ское влияние вызывают необходимость предъявления особо жест­ких требований к электрогерметичности;

- протекание токов по тонкому слою металлической поверхно­сти позволяет изготавливать СВЧ устройства из дешевых неме­таллических материалов с последующей металлизацией поверх­ностей, соприкасающихся с электромагнитным полем;

- в конструкциях приемников усиление и обработка сигналов выполняются, в основном, на промежуточных и низких частотах, поэтому СВЧ узлы входят лишь во входную часть приемника до преобразования или детектирования первоначального сигнала;

- антенно-фидерные устройства полностью комплектуются из узлов, представляющих собой конструкции, характерные для СВЧ диапазона.

В приемниках СВЧ диапазона приходится применять другую элементную базу и материалы для основных узлов и, в первую очередь, для преселектора и преобразователя частоты. Это прежде, всего относится к резонансным системам и электрон­ным приборам усилительных каскадов и самим принципам усиле­ния. Обычные резонансные системы нельзя выполнить в диапазоне СВЧ. Не могут быть использованы и обычные лампы и транзисторы, так как они не обеспечивают устойчивой работы в этом диапазоне. По­этому в качестве резонансных систем преселектора применяются отрезки коаксиальных линий, объемные резонаторы и волноводы.

Общим свойством всех этих элементов является способность резонировать на большом количестве собственных частот. Для нормальной работы таких элементов необходимо обеспечить полное согласование с фидером и электронным при­бором. Так, линии передач обычно делают из меди, латуни, нержавеющей стали, алюминия. Латунные волноводы предпочтительны, так как они хорошо обра­батываются, спаиваются и имеют небольшое затухание. Умень­шить потери в волноводах можно гальваническим покрытием их медью или серебром. Если затухание не играет роли, то использу­ют нержавеющую сталь. Волноводы больших поперечных разме­ров делают из алюминия.

Основным материалом для резонаторов СВЧ является бески­слородная медь. Она обладает высокой тепло- и электропровод­ностью, хорошо механически обрабатывается, неферромагнитна, хорошо спаивается и сваривается. Для изготовления отдельных частей резонаторов используют сплав ковар (54% железа, 28% никеля, 18% кобальта), с помощью которого обычно образуют вакуумноплотные спаи со стеклом и керамикой из-за близости их ко­эффициентов линейного расширения.

В лампах бегущей волны (ЛБВ) и в выводах энергии приборов применяют стекло. Для закрепления внутренних деталей электрон­ных приборов используют высокотемпературные глазури и вакуум­ный цемент.

При создании поглощающих нагрузок используют диэлектрики с малым значением диэлектрической проницаемости. К ним относят­ся графит, асбест, смесь порошка железа с керамическим или ба­келитовым наполнителем и др.

Усиление СВЧ колебаний обычным усилительным каскадом, включающим в себя отдельные резонансную систему и электронный прибор (ЭП), возможно на частотах метрового и части дециметрово­го диапазонов волн. На частотах же сантиметрового диапазона ис­пользуются усилительные элементы, работающие на новых принци­пах усиления. В качестве элементной базы могут использоваться как полупроводниковые приборы СВЧ (СВЧ транзисторы, диоды Ганна, лавинопролетные и туннельные диоды, а также варакторные диоды полупроводниковых параметрических усилителей), так и лампы бегущей волны, клистроны.

В некоторых приемниках отсутствуют усилители высо­кой частоты, и входное устройство работает непосредственно как смеситель, выполняемый обычно на специальных полупроводни­ковых диодах. В схемах гетеродинов сантиметрового диапазона используются отражательные клистроны, малогабаритные и маломощные магне­троны, лампы обратной волны и другие электронные приборы. Общим недостатком всех перечисленных элементов является воз­можность их перестройки в небольших пределах, что ограничивает диапазон рабочих частот приемника. При необходимости перекры­тия достаточно широкого диапазона частот в приемниках исполь­зуется несколько отдельных блоков ВЧ, каждый из которых «пере­крывает» небольшой поддиапазон частот.

К элементной базе и устройствам приемников СВЧ предъявляются специфические требования:

- высокая точность изготовления, обусловленная зависимостью электрических параметров устройств от их геометрических размеров;

- высокое качество обработки токонесущих поверхностей, обу­словленное получением минимальных потерь;

- отсутствие на токонесущих поверхностях окислов и загрязне­ний, приводящих к росту диэлектрических потерь;

- применение металлов с высокой проводимостью, что обеспе­чивает минимальные активные потери.