ния, средняя мощность и т. д.) во всем СВЧ диапазоне, включая миллиметровый и субмиллиметровый.

Особенно перспективны устройства с кремниевыми р - t - п структурами, которые могут работать в широком температурном интервале (-60, 120° С) и обладают высокой надежностью.

Исследование СВЧ кремниевых p - i - л-структур по существу только начинается. Совершенствование СВЧ кремниевых р - i - л-структур требует освоения новых технологических приемов при изготовлении кристаллов и контактов.

В ближайшие годы можно ожидать также, что полупроводниковые антенные переключатели будут вытеснять ферритовые и газоразрядные при работе на импульсных мсицностях до 10-10" вт; это относится также к защитным устройствам для малошумящих усилителей.

Предвидится применение полупроводниковых устройств в радиоастрономических системах и в измерительной технике.

ЛИТЕРАТУРА

1. В г а п d F. А. The microwave Journal, 1963, 6, N 7, 38-55.

2. М о г t е п s о п К. Е. The microwave Journal, 1964, 7, N 5, 49-57.

3. Сканирующие антенны сверхвысоких частот. Сб. статен под ред. проф. Л. И. Дерюгина. Труды МАИ, вып. 159. Изд-во «Машиностроение», 1964.

4. СестрорецкннБ. В., ЛнберманЛ. С. Теория СВЧ выключателей на полупроводниковых днодах. В сб. «Полупроводниковые приборы н их применение», под ред. Я. А. Федотова. Вып. 12. Изд-во «Советское радно», 1964.

5. Стафеев В. И. Докторская диссертация. ЛФТИ, 1960.

НЕКОТОРЫЕ НОВЫЕ ИДЕИ В ТЕХНИКЕ ВОЛНОВОДНЫХ ТРАКТОВ

в. в. ШИШКЛРЕВЛ. Б. В. СЕСТРОРЕЦКИЙ

1. Требования к волноводным трактам

в связи с развитием малошумящих усилителей

Разработанные в последние годы малошумящие параметрические и парамагнитные усилители позволили существенно повысить чувствительность приемных устройств в диапазоне сверхвысоких частот. В результате возникла возможность значительно повысить эффективность радиотелескопов, а также увеличить дальность действия систем космической связи и радиолокационных станций различного целевого назначения.

В связи с этим предъявляются совершенно новые требования и к волноводным трактам приемных систем, которые заключаются, в частности, в снижении шумовой температуры.

Ранее, в случае применения приемников с кристаллическими смесителями, вопрос снижения шумов антенны и волноводного тракта не поднимался, так как шумовая температура приемников с кристаллическими смесителями достигала нескольких тысяч градусов Кельвина, и в этом случае шумовая температура обычных антенн (50-100° К) и волноводных трактов (100-150° К) существенно не

сигнал , , ч

влияла на отношение системы (диаграмма, рис. 1).

Иная картина складывается при применении параметрических и парамагнитных усилителей, шумовая температура которых лежит в интервале 8-20° К [1]. В этом случае, чтобы создать эффективную приемную систему, шумовая температура антенны и волноводного тракта должна быть того же порядка или меньше.

Радикальным решением было бы исключение волноводного тракта из системы путем применения непосредственного подключения приемника к антенне. Однако радиотелескопы представляют собой сочетание антенн крупных размеров с высокочувствительными приемными устройствами. В большинстве случаев не удается расположить приемник (или группу приемников) в непосредственной

Рис. 1. Диаграмма. Процентное соотношение шумовой температуры (ш)"РИв"ника, антенны и волноводного тракта

о -приемная система (с антенной и волноводным трактом) с кристаллическим смесителем, 7"ш=2000» К; б - приемная система с парамагнитным уснлителем(с теми же антенной и волноводным трактом), Гщ =150° К

близости ОТ излучателя, который располагается на высоте в несколько десятков метров, поэтому соединительный волноводный тракт необходим.

2. Шумовая температура

как самостоятельный параметр тракта

Известно, что шумовая температура волноводного тракта при использовании согласованных стандартных волноводов с основным типом волны определяется выражением

0 о

где Wo-нормированный коэффициент поглощения в волновод-ном тракте, То - физическая температура среды, в которую помещается тракт. Коэффициент поглощения связан с коэффициентом полезного действия волноводного тракта (т1тр) следующим соотношением:

Следовательно,

7ш = (1-г1р)Г„.

(2) (3)

Снизить шумовую температуру тракта, очевидно, можно, увеличивая КПД тракта, охлаждая тракт или применяя и то и другое одновременно. Первое приводи!- к необходимости применения линий с низким уровнем погонных потерь, второе - к созданию громоздких холодильных установок, причем охлаждение всего тракта в це-

Лом (особенного протяженного) - задача вообще технически трудно выполнимая.

На технически выполнимое решение поставленного вопроса натолкнуло рассмотрение шумовой температуры для волновода с несколькими типами волн.

Шумовая температура волноводного тракта с волнами нескольких типов выражается следующим образом:

где Wm - нормированный коэффициент поглощения в волноводе волны типа т, Тщ - физическая температура фильтра (среды, в которой присходит поглощение волны типа т).

Коэффициент полезного действия волноводного тракта с волнами высших типов выражается как

1тр

= 1 - 0 - S .

Выражая из (6) и подставляя полученную величину в (5), окончательно будем иметь

Гш - (1 - ri ) Го -f S {Тт - Го). (7)

Из выражения (7) можно заметить, что если температура фильтра равна температуре средь), в которую помещен тракт Го, то шумовая температура волноводного тракта определяется так же, как и в случае одноволнового волновода (3). Если Гщ понизить относительно Го, то может быть получен дополнительный выигрыш в шумовой температуре волноводного тракта. Понизить же температуру в отдельных элементах, фильтрах - задача много проще, чем охладить весь тракт в целом.

3. Выбор средств для осуществления волноводных трактов с низкой шумовой температурой

Анализируя выражения шумовой температуры тракта (3) и (7), можно сделать вывод, что применение стандартного волновода для осуществления подобной задачи не приведет к созданию эффективной системы из-за сравнительно большого погонного затухания.

Например, погонное затухание медного прямоугольного волновода сечением 23 X 10 мм для волн 32 мм равно 0,137 дб/м, при большой протяженности тракта (порядка нескольких десятков метров) общие потери достигнут 5-10 дб [2] и шумы соответственно 90-260° К, что в несколько раз превысит шумы приемника.

0,0i Л[см]

Рис. 2. Погонные потери в линиях передачи

/ - коаксиал; 2 - прямоугольный волновод; 3 - диэлектрический волновод; 4 - металло-диэлектрическин волновод; а - круглый волновод с волной Я„,; 6 - круглый волновод с волной Я,,; 7 - лучевой волновод

следовательно, нужно использовать линии с малым погонным затуханием. С целью выбора линии передачи с малым погонным затуханием было проведено сравнение некоторых линий передач с этой точки зрения. На рис. 2 приведены графики зависимости погонного затухания от длины рабочей волны следующих линий передачи: коакси-ала, диэлектрического волновода, металло-диэлектрического волновода, лучевого волновода с волной Ящ, прямоугольного волновода с волнойЯю, причем имеется ввиду волновод с оптимальным, с точки зрения потерь, отношением сторон поперечного сечения.

Каждая из перечисленных линий передачи имеет свои критерии выбора размеров поперечного сечения, которые находятся неопределенной зависимости от длины рабочей волны. Произвольность выбора размеров поперечного сечения линий передачи может привести к неверной оценке их с точки зрения потерь. Так, например, если взять прямоугольный волновод с поперечным сечением, в не-

сколько раз большим, чем у круглого, то погонные потери волны Яю в прямоугольном волноводе будут меньше, чем в круглом волноводе для волны Яо1. Поэтому для объективности оценки сравнение линий передач проводилось при фиксированном отношении их поперечного сечения к квадрату длины рабочей волны SA.

Из рассмотрения графика рис. 2 видно, что если величина < 0,125, наивыгоднейшим типом линии передачи, с точки зрения погонных потерь, является коаксиал, причем имеется в виду коаксиал с оптимальным соотношением внутренних размеров = 3,6). При изменении S/X от 0,125 до 2,2 наиболее выгодным является прямоугольный волновод с волной Яю, причем имеется в виду оптимальное соотношение сторон Ь/а. При 2,2 минимальными погонными потерями обладает круглый волноводе волной Ям-Если малошумящий тракт представлял бы собой просто длинную прямую трубу, то для его создания достаточно было бы выбрать только линию с малым погонным затуханием.

Если волноводный тракт имеет сравнительно небольшую длину (порядка единиц или десятков метров) и в состав его входят такие элементы, как возбудители, фильтры, малогабаритные изгибы, то выбор линии передачи должен производиться не только по минимальному погонному затуханию, а, с точки зрения получения наименьшего общего затухания всего тракта в целом, с учетомвключения элементов и реальных неоднородностей. Например, при выборе отношения SjX = 4 следовало бы выполнять тракт на основе круглого волновода с волной Яоь так как при этих условиях он имеет М!шимальное погонное затухание. Однако это справедливо только в случае протяженного (сотни метров) прямого волновода. При включении в тракт реальных неоднородностей - изгибов, фильтров и т. д.- потери за счет элементов (а эти потери на порядок или несколько порядков больше погонного затухания, например, для волны Hoi) компенсируют выигрыш в погонных потерях, а при меньших протяженностях тракта приводят к проигрышу по потерям и шумам.

Таким образом, учитывая задачи, которые должен выполнять тракт, линия передачи должна быть такой, чтобы можно было осуществлять на ее основе волноводные элементы с малыми потерями (порядка погонных потерь в волноводе),причем она должна обладать конструктивной и технологическкой простотой в изготовлении.

При таком подходе, по-видимому, целесообразно конструировать тракт на основе прямоугольного волновода увеличенного сечения с основным типом волны. Погонные потери волны основного типа в волноводе увеличенного сечения меньше, чем в стандартном, причем они тем меньше, чем больше сечение. Принципиальных ограничений на увеличение размеров поперечного сечения не накладывается. Однако надо помнить, что с увеличением сечения возрастает количество волн высших типов, могущих распространяться в волноводе. Появление большого количества воли высших типов