Власов В.В. Физика и техника сверхвысокочастотного диапазона электромагнитных колебаний

Власов В.В. Физика и техника сверхвысокочастотного диапазона электромагнитных колебаний

Предисловие

На кафедре физики плазмы физико-технического факультета Харьковского национального университета имени В. Н. Каразина традиционно с первого дня ее существования читается курс лекций, в котором излагаются основные положения теории распространения электромагнитных колебаний в направляющих системах, используемых в сверхвысокочастотном (СВЧ) диапазоне, рассматриваются принципы работы и устройство электровакуумных электронно-лучевых приборов, которые находят применение в экспериментальной физике плазмы. Читался он и раньше, еще на отделении ядерной физики физмата (Некрашевич А. М. для студентов специализации «Ускорители» в 1956 г., Файнберг Я. Б. для студентов-теоретиков и ядерщиков в 1957 г. и т. д.). Области применения техники СВЧ в физике плазмы достаточно разнообразны — от создания лабораторной плазмы и измерения ее параметров, до сверхвысокочастотного нагрева частиц в термоядерных устройствах.

В соответствии с международным регламентом под диапазоном сверхвысоких частот понимают диапазон 3 / 30 ГГц (λ = 10 / 1 см) (сантиметровые волны) [1, 2]. Предшествует этому диапазону диапазон ультравысоких частот (УВЧ) (300 / 3000 ГГц, λ = 100 / 10 см – дециметровые волны) (см. таблицу). Следом за ним идет диапазон крайне высоких частот (КВЧ) (30 / 300 ГГц, λ = 10 / 1 мм – миллиметровые волны, см. таблицу). Колебания с длиной волны λ ‹ 1 мм попадают в субмиллиметровый диапазон гипервысоких частот (ГВЧ) (300 / 3000 ГГц, λ = 1 / 0,1 мм – дециметровые волны).

Большой вклад в развитие физики и техники СВЧ диапазона внесли советские ученые (Девятков Н. Д., Гвоздовер С. Д., Нейман М. С., Гапонов А. В., Вайнштейн Л. А., Кобзарев Ю. Б. и многие другие) и в частности харьковчане (Рожанский Д. А., Слуцкин А.А., Усиков А. Я., Брауде С. Я., Трутень И. Д. и многие другие). Еще до войны в УФТИ был создан магнетрон, были получены колебаний в дециметровом диапазоне. В конце 30-х годов стала развиваться радиолокация в дециметровом диапазоне длин волн. В Харькове был создан первый в Советском Союзе трехкоординатный радиолокатор дециметрового диапазона [3]. В 1943 г., в эвакуации в Кзыл-Орде Синельниковым К. Д., Вальтером А. К. и Головиным И. Н. был предложен и разработан прибор для генерации СВЧ колебаний, который они назвали «киатрон» [4]. В 50-60-х годах стала бурно развиваться космическая радиосвязь. Если до середины 60-х годов в качестве генераторов и усилителей СВЧ диапазона использовались в основном вакуумные приборы, то позже широкое применение стали находить полупроводниковые приборы, однако область их применения ограничивается в основном измерительной техникой. Сегодня техника СВЧ диапазона используется в радиоастрономии, ядерной физике и ускорительной технике, физике плазмы, промышленности, медицине, бытовой технике и связи, во многих других отраслях науки и техники.