Г.С. САДОВОЙ
МИКРОВОЛНОВАЯ
И КВАНТОВАЯ ЭЛЕКТРОНИКА
Утверждено Редакционно-издательским советом университета
в качестве учебного пособия
НОВОСИБИРСК
2010
УДК 621.385.6(075.8)
С 143
Рецензенты:
д-р техн. наук, проф. <...> Описаны измерительные приборы, используемые для исследования параметров и характеристик электронных приборов СВЧ и квантовых приборов. <...> Параметры и характеристики усилителей и автогенераторов .............. 85 <...> В лампе бегущей волны
катод эмиттирует электроны непрерывно. <...> Пространственно-временные
соотношения в электронном потоке изменяются при взаимодействии
электронного потока с бегущей замедленной волной. <...> В приборах с электростатическим управлением влияние пространственно-временных соотношений на свойства прибора может проявиться при попытке повысить рабочую частоту сигнала. <...> В статьях Г.А. Гринберга (1936 и
1938 гг.) не только рассмотрена работа диодов в линейном приближении, но также исследована реакция диода с плоскими электродами на
прямоугольный импульс напряжения. <...> Его исследование было первым, когда для анализа характеристик мощных приборов
с электростатическим управлением стали использовать компьютеры. <...> 6
Когда-то существовало общепринятое мнение, что применение
приборов с электростатическим управлением вследствие отрицательных эффектов, обусловленных инерцией электронов, будет ограничено
метровыми волнами. <...> До 1 ГГц в непрерывном режиме лампы могут обеспечить мощность порядка десятков киловатт и единицы мегаватт в импульсном
режиме. <...> 7
Более эффективным по сравнению с электростатическим оказался
динамический способ управления электронным потоком, реализуемый
в клистронах, лампах бегущей волны, магнетронах и других электровакуумных приборах. <...> В качестве рабочей
среды в них использовали пучок молекул аммиака, который пропускали через объѐмный резонатор. <...> Метод создания инверсии населѐнности
под воздействием внешнего источника накачки позволил создать квантовые усилители <...>
Микроволновая_и_квантовая_электроника.pdf
Министерство образования и науки Российской Федерации
НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
__________________________________________________________________________
Г.С. САДОВОЙ
МИКРОВОЛНОВАЯ
И КВАНТОВАЯ ЭЛЕКТРОНИКА
Утверждено Редакционно-издательским советом университета
в качестве учебного пособия
НОВОСИБИРСК
2010
Стр.1
УДК 621.385.6(075.8)
С 143
Рецензенты:
д-р техн. наук, проф. В. П. Разинкин,
д-р техн. наук, проф. В. А. Хрусталѐв
специальностям «Радиотехника», «Радиосвязь, радиовещание
и телевидение» РЭФ и специальностям
и радиопередающих устройств для студентов НГТУ,
обучающихся по направлению «Радиотехника»,
Работа подготовлена на кафедре радиоприѐмных
«Проектирование и технология радиоэлектронных средств»
заочного факультета
«Многоканальные телекоммуникационные системы»,
«Средства связи с подвижными объектами»,
С 143 Микроволновая и квантовая электроника : учеб. пособие /
Г.С. Садовой. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2010. – 156 с.
Садовой Г.С.
ных работ. Приведены основные термины и определения. Показана роль
микроволновой и квантовой электроники в информационных технологиях.
Описаны измерительные приборы, используемые для исследования параметров
и характеристик электронных приборов СВЧ и квантовых приборов.
Представлен ряд оригинальных методологических черт. Значительное
ISBN 978-5-7782-1300-5
Пособие включает в себя перечень тем, задачи и описание лабораторвнимание
уделяется приложению развитой автором концепции изменяющихся
систем к микроволновой и квантовой электронике. Перечислены компетенции,
которые должны сформироваться у студентов в результате изучения
курса. При оценке знаний студентов применяются зачѐтные единицы.
Садовой Геннадий Степанович
УДК 621.385.6(075.8)
МИКРОВОЛНОВАЯ И КВАНТОВАЯ ЭЛЕКТРОНИКА
Учебное пособие
Выпускающий редактор И.П. Брованова
Дизайн обложки А.В. Ладыжская
Компьютерная верстка С.И. Ткачева
Редактор Л.Н. Ветчакова
Подписано в печать 15.01.2010. Формат 60 84 1/16. Бумага офсетная. Тираж 300 экз.
Уч.-изд. л. 9,06. Печ. л. 9,75. Изд. № 403. Заказ № 252. Цена договорная
Новосибирского государственного технического университета
630092, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20
Отпечатано в типографии
ISBN 978-5-7782-1300-5
© Садовой Г.С., 2010
© Новосибирский государственный
технический университет, 2010
Стр.2
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие ........................................................................................................... 5
1. Модули дисциплины ...................................................................................... 12
2. Описания лабораторных работ .................................................................... 19
Лабораторная работа № 1. Изучение приборов и составление структурной
схемы измерительной установки ............................................................ 19
1. Термины, определения и условные обозначения .................................... 19
2. Цели лабораторной работы ....................................................................... 21
3. Содержание отчѐта ..................................................................................... 22
4. Варианты лабораторной работы ............................................................... 23
Лабораторная работа № 2. Экспериментальное исследование транзисторного
усилителя СВЧ ...................................................................................... 42
1. Термины, определения и условные обозначения .................................... 42
2. Цели работы и домашнее задание ............................................................ 49
3. Содержание отчѐта ..................................................................................... 50
4. Варианты лабораторной работы ............................................................... 51
Лабораторная работа № 3. Экспериментальное исследование генератора
на диоде Ганна .............................................................................................. 52
1. Термины, определения и условные обозначения .................................... 52
2. Цели работы и домашнее задание ............................................................ 54
3. Содержание отчѐта ..................................................................................... 56
4. Варианты лабораторной работы ............................................................... 56
Лабораторная работа № 4. Экспериментальное исследование полупроводникового
лазера ............................................................................................... 57
1. Термины, определения и условные обозначения .................................... 57
2. Цели работы и домашнее задание ............................................................ 63
3. Содержание отчѐта ..................................................................................... 63
4. Варианты лабораторной работы. .............................................................. 64
Лабораторная работа № 5. Вычислительный эксперимент с моделями
физических процессов .......................................................................................... 67
1. Термины, определения и условные обозначения .................................... 67
2. Цели работы и домашнее задание ............................................................ 69
3. Содержание отчѐта ..................................................................................... 69
4. Варианты лабораторной работы ............................................................... 70
3. Задачи ................................................................................................................ 79
1. Движение носителей заряда в электромагнитных полях....................... 79
2. Полупроводниковые приборы СВЧ ......................................................... 82
3. Параметры и характеристики усилителей и автогенераторов .............. 85
4. Цепи сверхвысоких частот ........................................................................ 88
3
Стр.3
5. Приборы с электростатическим и электродинамическим управлением
электронными потоками............................................................... 91
6. Приборы с длительным взаимодействием электронов и бегущих
электромагнитных волн ............................................................................. 94
7. Приборы магнетронного типа ................................................................... 97
8. Спонтанное и индуцированное излучение ............................................ 100
9. Приборы квантовой электроники ........................................................... 103
10. Методы создания электронной аппаратуры ........................................ 106
11. Гетероструктуры .................................................................................... 109
12. Нанофизика и наноэлектроника ............................................................ 112
4. Графические обозначения устройств и приборов СВЧ ........................ 115
5. Обозначения полупроводниковых приборов ......................................... 123
6. Обозначения квантовых приборов ............................................................ 130
7. Единицы измерения величин ..................................................................... 134
8. Электромагнитные волны и их использование ..................................... 139
Заключение ........................................................................................................ 146
Учебно-методические материалы .................................................................. 148
Основная литература ................................................................................... 148
Дополнительная литература ........................................................................ 148
Периодическая литература .......................................................................... 149
Информационные ресурсы Интернета ....................................................... 150
Приложение. Правила аттестации по дисциплине .................................... 151
П1. Термины и определения ....................................................................... 151
П2.Задачи изучения дисциплины и компетенции ..................................... 152
П3. Оценки по разным шкалам ................................................................... 153
П4. Оценки по контрольным неделям и аттестация по дисциплине ...... 155
4
Стр.4