вопросы ФО ЭСВЧ КЭ. Лекция 1 Десятичная классификация спектра электромагнитных волн

• Название: Лекция 1 Десятичная классификация спектра электромагнитных волн
• Дата: 14.04.2022
• Размер: 98.34 Kb.
• Имя файла: вопросы ФО ЭСВЧ КЭ.docx
• Тип: Лекция; #475186

Контрольные вопросы по лекционному курсу дисциплины

ФО ЭСВЧ И КЭ
Раздел 1. Физические основы работы электронных приборов диапазона сверхвысоких частот

Лекция 1

1. 
   Десятичная классификация спектра электромагнитных волн.
   

2. 
   Классификация диапазонов частот электромагнитных волн
   

 

Номер диапазона	Диапазон частот	Наименование, частота	Диапазон волн (длинаволны)	Наименованиеволн	Используемые термины	Область применения
РАДИОВОЛНЫ
	0,03 … 30 кГц	ОНЧ (VLF) Очень низкиечастоты	10000... 10 км	Мириаметровые	Сверхдлинные волны	Радиосвязь с подводными лодками в подводном положении, радионавигация.
	30 … 300 кГц	НЧ (LF) Низкие частоты	10 … 1 км	Километровые	Длинные волны	Радионавигация, передача сигналов точного времени кораблям и судам в море, различного вида оповещений, включая навигационные.
	300 …3000 кГц	СЧ (MF ) Средние частоты	1000 – 100 м	Гектометровые	Средние волны	Радионавигация, радиосвязь с судами, радиовещание, передача прогнозов погоды, навигационных оповещений.
	3 … 30 МГц	ВЧ (HF) Высокие частоты	100 … 10 м	Декаметровые	Короткие волны	Радиосвязь, загоризонтная радиолокация.
	30 … 300 МГц	ОВЧ (VHF) Очень высокие частоты	10 … 1 м	Метровые	Ультракороткиеволны	Радиосвязь, телевидение, радионавигация.
	300 …3000 МГц	УВЧ (UHF) Ультравысокие частоты	100 … 10 см	Дециметровые волны	Ультракороткиеволны	Радиосвязь, радиолокация, телевидение, спутниковая, тропосферная радиосвязь, сотовые системы связи.
	3 …30 ГГц	СВЧ ( SHF ) Сверхвысокиечастоты	10 … 1 см	Сантиметровые волны	Ультракороткие волны	Радиолокация, спутниковая и радиорелейная связь, спутниковое телевидение, промышленный нагрев материалов, медицина.
	30 … 300 ГГц	КВЧ (EHF) Крайне высокие частоты	10 … 1 мм	Миллиметровые волны	Ультракороткиеволны	Радиосвязь за пределами атмосферы,радиолокация, радиорелейная связь.
	300 … 3000 ГГц	ГВЧ (HHF)Гипервысокие частоты	1 … 0, 1 мм	Децимиллиметровые волны		Перспективный диапазон.

 

ИЗЛУЧЕНИЯ
	31012..3,8 1014 Гц	Инфракрасное излучение	100 … 0.78 мкм	Тепловое излучение	Пассивная локация, устройства самонаведения, волоконно-оптические системы связи, лазеры, охранные системы.
	3,8 1014…7,8 1014Гц	Оптическое излучение	0,78 … 0,38 мкм	Видимый свет	Оптическая локация, лазерные гироскопы и дальномеры, космические и лазерные системы связи, промышленная резка металла, медицинские лазеры, лазерное оружие, др.
	7,8 1014…3 1016 Гц	Ультрафиолетовое излучение	0,38 … 0,01 мкм	Ультрафиолетовое излучениесолнца	Охранные системы, медицина.
	3 1016… 3 1019Гц	Рентгеновское излучение	0,01 мкм … 0,00001 мкм	Рентгеновское излучение солнца, радиоактивных материалов	Приборы дефектовки металлов, медицина, рентгеновские приборы и др.

В основу деления радиоволн на указанные диапазоны положен десятичный принцип, учитывающий в то же время различия в способах их генерации, приема и особенности распространения волн каждого диапазона.

В оптическом диапазоне по мере уменьшения длины волны все в большей степени проявляется квантовый характер электромагнитного излучения и все меньше его волновые свойства. Поэтому при наименовании диапазонов обычно говорят о сантиметровых, миллиметровых волнах, но об инфракрасном и оптическомизлучении.

3. 
   Определение СВЧ диапазона. Какие поддиапазоны волн (частот) входят в этот диапазон.
   

СВЧ диапозон - частотный диапазон электромагнитного излучения расположенный в спектре между ультравысокими телевизионными частотами и частотами дальней инфракрасной области. Этот частотный диапазон соответствует длинам волн от 30 см до 1 мм; поэтому его называют также диапазоном дециметровых и сантиметровых волн.

(СВЧ-излучение) — электромагнитное излучение, включающее в себя дециметровый, сантиметровый и миллиметровый диапазоны радиоволн, частоты микроволнового излучения изменяются от 300 МГц до 300 ГГц (длина волны от 1 м до 1 мм).

4. 
   Определение оптического диапазона. Какие поддиапазоны волн (частот) входят в этот диапазон.
   

Оптический диапазон частотный диапазон электромагнитного излучения, состоящий из следующих видов излучения: рентгеновское, ультрафиолетовое (УФ), видимое, инфракрасное (ИК).

5. 
   Пояснить особенности диапазона СВЧ.
   
6. 
   Пояснить особенности оптического диапазона.
   

Оптические частоты чрезвычайно велики (порядка  ), а разность частот между границами оптического диапазона очень мала по сравнению с их величинами, поэтому принято измерять оптический диапазон в длинах волн. Специфика оптического диапазона заключается в его двух главных особенностях:

• 
  в оптическом диапазоне выполняются законы геометрической оптики,
  
• 
  в оптическом диапазоне свет очень слабо взаимодействует с веществом.
  

Для частот, более низких, чем частоты оптического диапазона, нельзя построить оптические системы по законам геометрической оптики, а электромагнитное поле более высоких частот, как правило, либо проходит сквозь любое вещество, либо разрушает его.

Оптический диапазон состоит из следующих видов излучения: рентгеновское, ультрафиолетовое (УФ), видимое, инфракрасное (ИК). Если во времена Ньютона в оптический диапазон входило только видимое излучение, то с техническим прогрессом диапазон существенно расширился, причем рентгеновское излучение включено в оптический диапазон совсем недавно – примерно 20 лет назад. Не исключено дальнейшее расширение оптического диапазона.

На рис.1.1.1 показан участок шкалы электромагнитного излучения в длинах волн, соответствующий оптическому диапазону. Границы оптического диапазона, а также границы между его участками установлены на основе экспериментальных данных и не являются абсолютно точными.


Рис. 1.1.1. Оптический диапазон.

7. 
   Роль техники СВЧ.
   
8. 
   Функции, выполняемые активными приборами в устройствах СВЧ.
   
9. 
   Уравнение движения электрона в электрическом и магнитном полях.
   
10. 
    Воздействие электрического и магнитного поля на движущийся заряд. Скорость электрона.
    
11. 
    Дать классификацию электровакуумных приборов СВЧ.
    
12. 
    Методы управления электронными потоками на сверхвысоких частотах.
    
13. 
    Что такое электростатическое (квазистатическое) управление электронным потоком в электронных приборах СВЧ?
    
14. 
    Что такое динамическое управление электронным потоком в электронных приборах СВЧ?
    
15. 
    Определение - электровакуумные приборы СВЧ типа О.
    
16. 
    Определение -электровакуумные приборы СВЧ типа М.
    
17. 
    Определение - электровакуумные приборы СВЧ с кратковременным взаимодействием.
    
18. 
    Определение - электровакуумные приборы СВЧ с длительным взаимодействием.
    
19. 
    Какие функции выполняют СВЧ электронные приборы?
    

Лекция 2

20. 
    Особенности работы электронных ламп в диапазоне СВЧ.
    
21. 
    Каковы принципиальные ограничения частотного диапазона электронно-управляемых ламп? Можно ли в принципе их устранить?
    
22. 
    Каковы непринципиальные ограничения частотного диапазона электронно-управляемых ламп? Как они устраняются?
    
23. 
    Воздействие электрического поля на движущийся заряд. Что такое время пролета, угол пролета?
    
24. 
    Как понимается с физической точки зрения угол пролета электронов?
    
25. 
    Какова причина появления наведенного тока во внешней цепи -прибора?
    
26. 
    Уточнение понятий “ток”. Полный ток. Конвекционный ток. Наведенный ток.
    
27. 
    Наведенный ток. Зачем понадобилось введение этого понятия?
    
28. 
    Основные факторы, влияющие на работу СВЧ триодов.
    
29. 
    Почему нельзя использовать в диапазоне СВЧ конструкции с сосредоточенными параметрами?
    
30. 
    Перечислить недостатки двухпроводных и коаксиальных линий передачи, проявляющиеся в диапазоне СВЧ.
    

Лекция 3

31. 
    Объясните принцип кратковременного взаимодействия электронного потока с волной.
    
32. 
    Колебательные системы электронных приборов СВЧ с кратковременным взаимодействием.
    
33. 
    Что такое квазистационарные резонаторы?
    
34. 
    Перечислите типы квазистационарных резонаторов в электронике СВЧ.
    
35. 
    Как рассчитываются параметры квазистационарных резонаторов: тороидального и типа щель–отверстие?
    

Лекция 4

36. 
    Объясните принцип длительного взаимодействия электронного потока с волной.
    
37. 
    При каком соотношении скорости электронов и фазовой скорости возможен отбор энергии у электронного потока?
    
38. 
    Почему скорость электронов в приборах типа О должна превышать фазовую скорость рабочей пространственной гармоники?
    
39. 
    Колебательные системы приборов СВЧ с длительным взаимодействием
    
40. 
    Указать преимущества приборов с длительным взаимодействием.
    
41. 
    Для чего используются замедляющие системы?
    
42. 
    Что такое пространственные гармоники? Какими параметрами они отличаются?
    
43. 
    Что такое прямые пространственные гармоники? Их основные свойства.
    
44. 
    Что такое обратные пространственные гармоники? Их основные свойства.
    
45. 
    Что такое дисперсия?
    
46. 
    Перечислите основные виды дисперсии. Что такое нормальная и аномальная дисперсия?
    
47. 
    Какие способы замедления электромагнитных волн вы знаете?
    
48. 
    Свойства замедленных электромагнитных волн .
    
49. 
    Какие замедляющие системы называются периодическими?
    
50. 
    Замедляющая система типа "спираль".
    
51. 
    Коэффициент замедления замедляющей системы типа "спираль".
    
52. 
    Области применения замедляющей системы типа "спираль".
    
53. 
    Коэффициент замедления замедляющей системы типа "гребенка".
    
54. 
    Условия замедления электромагнитных волн в замедляющей системы типа "гребенка".
    
55. 
    Какие отличия замедляющей системы типа "гребенка" из реального проводника от идеальных?
    

Лекция 5

56. 
    Пояснить физические основы работы электровакуумных приборах типа “М” :
    
57. 
    Что такое скрещенные статические электрическое и магнитное поля?
    
58. 
    Как, по какой траектории движутся электроны в скрещенных статических электрическом и магнитном полях при нулевой начальной скорости электронов?
    
59. 
    Как, по какой траектории движутся электроны в скрещенных статических электрическом и магнитном полях при начальной скорости электронов, равной переносной скорости ?
    
60. 
    Изобразить траектории движения электронов в скрещенных статических электрическом и магнитном полях в зависимости от начальной скорости электронов в случае плоских электродов.
    
61. 
    Изобразить траектории движения электронов в скрещенных статических электрическом и магнитном полях в зависимости от начальной скорости электронов в случае цилиндрических электродов.
    
62. 
    Что такое критический режим?
    
63. 
    Что такое парабола критического режима?
    

Раздел 3. Физические основы работы квантовых приборов.

Лекция 6

64. 
    Дать классификацию квантовых приборов.
    
65. 
    Определение терминов "квантовые приборы","лазер","мазер".
    
66. 
    Виды квантовых переходов.
    
67. 
    Постулаты Бора.
    
68. 
    Понятие о населенностях уровней.
    
69. 
    Спонтанные квантовые переходы. Вероятность перехода и их число.
    
70. 
    Среднее время жизни частиц.
    
71. 
    Индуцированное (вынужденное) излучение и поглощение.
    
72. 
    Вынужденные переходы частиц между уровнями. Частота индуцированного излучения.
    
73. 
    Излучательные и безызлучательные квантовые переходы. Релаксационные переходы.
    
74. 
    Meтастабильное состояние.
    

Лекция 7

75. 
    Инверсия населенности уровней.
    
76. 
    Распределение Больцмана.
    
77. 
    Что такое активная среда?
    
78. 
    Закон Бугера.
    
79. 
    Чем определяется возможность усиления электромагнитных волн веществом?
    
80. 
    Условия квантового усиления и генерации (условие самовозбуждения).
    
81. 
    Пояснить физические основы работы лазера.
    
82. 
    Дать функциональную схему оптического квантового генератора (лазера).
    
83. 
    Указать методы создания инверсной населенности в квантовых генераторах оптического диапазона.
    
84. 
    Пояснить физические основы работы мазера.
    
85. 
    Дать функциональную схему квантового парамагнитного усилителя СВЧ (мазера).
    
86. 
    Указать методы создания инверсной населенности в квантовых парамагнитных усилителях СВЧ (мазерах).
    

Лекция 8

87. 
    Что такое монохроматичность?
    
88. 
    Чем определяется ширина спектральной линии? Причины ее уширения.
    
89. 
    Чем определяется спектр излучения лазера?
    
90. 
    Что такое когерентность?
    
91. 
    Что такое пространственная когерентность?
    
92. 
    Что такое временная когерентность?
    
93. 
    Чем определяются характеристики квантового излучения: монохроматичность, когерентность, направленность?
    
94. 
    Открытые оптические резонаторы и их свойства.
    
95. 
    Поперечные типы колебаний в оптических резонаторах.
    
96. 
    Продольные типы колебаний в оптических резонаторах.
    
97. 
    Применение лазеров и мазеров в технике связи.