Dispozitive şi aparate de măsură specifice domeniului microundelor
1.1 Generatoare de microunde
Oricare ar fi frecvenţa, un oscilator electromagnetic conţine, în esenţă, aceleaşi părţi componente principale:
- un element activ (tub cu vid, diodă cu rezistenţă negativă, tranzistor etc.), capabil să amplifice semnalele;
- o reţea de reacţie, care readuce la intrarea elementului amplificator o parte din energia semnalului de la ieşire;
- un element rezonant - eventual cu frecvenţă de rezonanţă variabilă - care introduce în bucla de reacţie un defazaj dependent de frecvenţă, astfel încât faza semnalului de reacţie este cea corectă numai la o singură frecvenţă, care astfel devine frecvenţa de oscilaţie a oscilatorului.
La frecvenţele "clasice", mai joase (sub 1 GHz), există o mare varietate de scheme posibile de oscilator. În general toate aceste scheme folosesc drept element activ un tranzistor sau un tub electronic cu vid, dar diferă între ele prin tipul de conexiune al elementului activ (BC, EC sau CC în cazul tranzistorului), precum şi prin structura circuitului de reacţie utilizat (priză capacitivă la oscilatoarele Colpitts, priză inductivă la oscilatoarele Hartley etc.).
Oscilatoarele de microunde ar putea avea structuri similare, dar creşterea frecvenţei lor de oscilaţie este întotdeauna limitată. Principalele probleme specifice care apar la utilizarea elementelor active clasice la frecvenţe foarte înalte sunt:
- prezenţa elementelor reactive parazite, în special capacităţile parazite dintre electrozii elementului activ, dar şi inductanţele parazite ale conexiunilor;
- timpul de tranzit al purtătorilor de sarcină, care la frecvenţe foarte înalte devine comparabil cu perioada semnalului, producând astfel o reducere drastică a amplificării elementului activ.
Pentru a reduce influenţa elementelor reactive parazite au fost realizate dispozitive cu construcţii speciale, la care elementele reactive sunt reduse la minimum. Influenţa elementelor reactive parazite poate fi diminuată şi mai mult prin includerea lor direct în elementele rezonante, aşa cum se întâmplă la aşa-numitul "tub far" (fig.1.1).
Pentru a reduce efectul timpului de tranzit al purtătorilor de sarcină, soluţia este reducerea dimensiunilor fizice ale dispozitivelor, astfel încât distanţele de parcurs să fie cât mai mici. Din acest motiv tranzistoarele de microunde au lăţimi ale bazelor foarte reduse, de ordinul unor fracţiuni de micron. Evident, realizarea unor astfel de tranzistoare de microunde presupune o tehnologie corespunzătoare, extrem de performantă.
|
Fig. 1.1 Tub "far" pentru frecvenţe înalte.
|
În tuburile electronice speciale de microunde cum ar fi klistronul, magnetronul, tubul cu undă progresivă etc., problema timpului de tranzit al purtătorilor de sarcină este complet eliminată, deoarece acest timp este inclus în însuşi principiul de funcţionare al dispozitivului respectiv. De altfel, la majoritatea oscilatoarelor de microunde realizate cu astfel de tuburi speciale apare şi o întrepătrundere a funcţiilor de amplificare, de reacţie, de stabilire a frecvenţei, astfel încât deşi aceste oscilatoare conţin toate elementele clasice, ele trebuiesc analizate ca un tot unitar (v. cursul de Microunde).