Современное состояние системотехники
Реферат
Современное состояние системотехники
Радиоэлектроника в широком смысле - это комплекс областей науки и техники содержащий наряду с радиотехникой и электронной техникой оптоэлектронику, рентгеноэлектронику, гамма-электронику и акустоэлектронику. Иногда в этот комплекс включают также электросвязь и электронную вычислительную технику. Между указанными областями науки и техники имеется существенное перекрытие. Например, электросвязь включает радиосвязь, входящую также в радиотехнику; электронные вычислительные устройства и системы входят в состав не только электронной вычислительной техники, но и многих радиотехнических, оптоэлектронных и акустоэлектронных систем; радиотехнику сегодня трудно отделить от электронной техники; важной составной частью как оптоэлектроники, так и электронной техники является квантовая электроника и т. д.
Наряду с приведенным выше широким понятием радиоэлектроники часто используется более узкое, в соответствии с которым радиоэлектронику образуют радиотехника, оптоэлектроника, рентгеноэлектроника и гамма-электроника, т. е.лишь то, что связано с приемом и передачей электромагнитных волн разных диапазонов. В этом и других выпусках серии радиоэлектроника понимается, как правило, именно в узком смысле.
Для лучшего понимания современной радиоэлектроники полезно кратко рассмотреть главные этапы ее исторического развития.
Развитие электротехники привело к появлению в конце XIXв. радиотехники, т. е. отрасли науки и техники, связанной с генерацией, излучением и приемом радиоволн. Вначале для генерации радиоволн использовались электротехнические, устройства - высоковольтные разрядники иэлектрические генераторы переменноготока высокой частоты. Потребности развивающейся радиотехники стимулировали изобретение в началеXXв. электронных ламп -сначала диода и триода, а затем и многоэлектродных ламп. Создание электронных ламп не только вызвало революцию в радиотехнике, но и заложило основы электронной техники. С, тех пор, непрерывно происходит дальнейшее развитие радиотехники и электронной техники и их тесное взаимодействие и взаимопроникновение: потребности развивающееся радиотехники стимулируют появление новых и более совершенныхэлектронных и ионных приборов, а новые приборы позволяют резко расширить возможности радиотехники.
Развитие радиотехники и электронной техники привело, в частности, к появлению сверхвысокочастотных и квантовых электронных приборов (магнетронов, клистронов, ламп бегущей полны, мазеров, лазеров и др.) и освоению более высокочастотных диапазонов электромагнитных волн. В настоящее время взначительной степени освоена большая часть диапазона электромагнитных волн. Однако, по принятой классификации, название «радиоволны» сохранено лишь за электромагнитными колебаниями с длиной волны ≥ 10-4 м. Более коротковолновые электромагнитные излучения называют оптическим (10-8≤<10-4 м), рентгеновским (10-11≤<10-8 м) и гамма (< 10-11 м) излучениями. Соответственно области науки и техники, связанные с генерацией, излучением, приемом и преобразованием электромагнитных воли, выходящих за пределы диапазона радиоволн, относят не к радиотехнике, а к оптоэлектронике (оптический диапазон), рентгеноэлектронике (рентгеновский диапазон)игамма-электронике (гамма-диапазон).
Развитие радиотехники и электродной техники резко ускорилось после появления сначала полупроводниковых приборов, а затем интегральных микросхем и микропроцессоров. Все это привело к коренным изменениям в вычислительной технике - появились электронные вычислительные машины и устройства, а затем и системы. Широкое применение электронной вычислительной техники стало, как известно, основой научно-технической революции. Оно вызвало, в частности, весьма существенные изменения в методах проектирования и способах производства радиоэлектронных устройств и систем.
Значительно изменились принципы и методы реализации и возможности техники электросвязи. До изобретения радио существовала лишь проводная электросвязь. При этом носителем передаваемой информации был электрический ток. После изобретения радио в качестве носителя информации стали использоваться и электромагнитные волны - появилась радиосвязь, а в настоящее время интенсивно развивается и оптическая связь. При этом связь может осуществляться как без направляющих излучением электромагнитных волн и открытом пространстве), так и по направляющим (коаксиальным кабелям, волноводам и световодам).
Радиотехника и электронная техника развивались также в тесном взаимодействии с электроакустикой, что привело к появлению акустоэлектроники, т. е. отрасли пауки и техники, связанной с генерацией, излучением, приемом и преобразованием энергии упругих (акустических) колебаний и волн. При этом для преобразований применяются методы, в значительной мере аналогичные радиотехническим, и широко используются различные электронные приборы и устройства.
До 50-х годов между электроакустикой (понятия «акустоэлектроника» тогда еще не было) и радиотехникой существовали достаточно четкие различия в диапазонах используемых частот; радиотехника имела дело с частотами выше 100 кГц, а электроакустика - ниже 100 кГц. Это объяснялось тем, что электромагнитные колебания с частотой ниже 100 кГц не находили практического применения, а акустические колебания с частотой более 100 кГц не были освоены.
В настоящее время положение резко изменилось. Уже освоены электромагнитные колебания с частотой 10 кГц и менее и акустические колебания с частотой в десятки мегагерц.Обнаружены акустические колебания в кварце с частотой выше 109 Гц(вплоть до 1013 Гц), называемые гиперзвуком (в отличие от ультразвуковых колебаний, высшая частота которых полагается равной примерно 109 Гц). Находятся в стадии экспериментальных исследовании электромагнитные .колебания с частотой порядка несколько сот герц и менее. Следовательно, основным внешним признаком, отличающим электромагнитные колебании от акустических, является уже не частота этих колебаний,а скорость их распространения: электромагнитные колебания распространяются со скоростью света (около 300 000км/с в свободной среде), а акустические со скоростью звука (0,33 ... 10 км/с в зависимости от среды распространения).
Развитие радиотехники и электронной техники обусловило коренные изменения в автоматике и привело к появлению технической кибернетики, связанной с теорией, проектированием, производством и применениемсложных автоматических и автоматизированных систем управления.
Между радиоэлектроникой, автоматикой и технической кибернетикой имеется весьма тесная связь.Она обусловлена, во-первых,тем, что радиосредства часто являются лишь одним из звеньев системы автоматического управления (например, системы управления полетом ракеты или космического корабля). Во-вторых, в самих радиосредствах все чаще применяются системы автоматического управления (например, системы автоматического слежения за целью по угловым координатам, дальности и скорости). В-третьих, и это, пожалуй, самое главное, современные радиоэлектронные системы и устройства столь сложны и решают столь ответственные задачи, что их разработка и эксплуатация возможны лишь при использовании принципов системного подхода и достижений системотехники и системологии, явившихся следствием развития кибернетики.
В основе системного подхода лежит рассмотрение системы как единого целого (а не простой суммы составляющих ее частей), находящегося, в процессе непрерывного взаимодействия с внешней средой. Системный подход требует, в частности, учитывать при проектировании радиосистем экономические, экологические и инженерно-психологические факторы,что приводит к тесной связи, современное радиоэлектроники с экономикой, экологией и инженерной психологией.
Важной особенностью развития радиоэлектроники является интеграция активных и пассивных элементов систем и устройств. До 50-х годов основными активными элементами были электронные лампы-диод, триод ипентод, а пассивными - индуктивные катушки,, конденсаторы и резисторы. Расчет, конструирование и производство активных и пассивных элементов производились независимо. По мере развития техники СВЧ все большее значение начали приобретать специальные, так называемые пролетные радиолампы СВЧ, магнетроны, клистроны и лампы- бегущей волны (ЛБВ), в которых радиолампа и контур представляют уже единое конструктивное целое. В дальнейшем к ним добавились другие вакуумные и твердотельные электронные приборы СВЧ и оптического диапазонов (лампы обратной полны - ЛОВ, мазеры, лазеры и др.), в которых активные и пассивные элементы также представляют единое целое. Наконец, начали применяться интегральные микросхемы; в них конструктивно единое целое могут составлять сотни, тысячи и более активных и пассивных элементов, и с каждым годом степень интеграции микросхем возрастает. Эта особенность радиоэлектроники привела к настолько тесной взаимосвязи радиотехники (а также опто-, рентгено- и гамма-электроники) с электронной техникой, что в настоящее время между ними трудно провести четкую границу.
Важной особенностью развития радиоэлектроники является усиление ее связей с другими науками, в первую очередь с физикой и математикой.
С каждым годом в радиоэлектронике используется псе больше физических явлений. Действие сотен типов активных и пассивных элементов и различных аналоговых и цифровых узлов в радиоэлектронной аппаратуре основано на самых разнообразных физических эффектах. На различных физических явлениях базируются и сами принципы извлечения, передачи и преобразования информации.
Например, для радиолокации движущихся или неподвижных объектов используется совокупность явлений, связанных с отражением электромагнитных волн (изменение интенсивности, поляризации, временное запаздывание, эффект Доплераи др.). При простейшей одноканальной передаче речи осуществляется преобразование акустического сообщения в электрический сигнал, модуляция электрическим сигналом электромагнитного излучения, преобразование его на приемной стороне в электрические, а затем в акустические колебания. Кромет ого, разнообразные физические явления используются для выделения полезной информации па фоне всевозможных помех. Уже известны явления преобразования энергии данного вида (химической, механической, акустической; тепловой, электрической, электромагнитной, электромагнитной того или иного диапазона, ядерной) в энергию любого другого вида. Причем все или почти все эти преобразования уже применяются в радиоэлектронных системах как отдельно, так и в различных сочетаниях. Резко возросло значение для радиоэлектроники таких разделов физики, как физика твердого тела, оптика и др. Радиоэлектроника, в свою очередь, стимулирует развитие физики, создавая более совершенную базу для физических исследований и приводя к новым достижениям радиофизики.
Значительное повышение роли математических исследований в радиоэлектронике вызвано усложнением функций, выполняемых радиоэлектронными устройствами и системами, а также повышением требований к качеству их функционирования. Если раньше математика применялась, как правило, лишь для анализа радиотехнических цепей и устройств, то в настоящее время она почти так же широко используется и для математического синтеза цепей, устройств и систем, т. е. для определения чисто математическим путем их оптимальной структуры и потенциальных (предельно достижимых) возможностей, С повышением требований к дальности, точности действия, помехоустойчивости и надежности радиоэлектронной аппаратуры шире стали применяться статистические методы анализа и синтеза, в связи с чем приобрели большое значение такие разделы математики, как теория вероятностей (в том числе теория случайных функции и математическая статистика), теория информации, теория статистических решений, теория массового обслуживания, динамическое программирование, теория оптимального управления и др.
Радиоэлектроника находит весьма широкое применение в промышленности, сельском хозяйстве, на транспорте, в медицине, при научных исследованиях для целей обороны, образования, культурного обслуживания населения и др. Это обусловлено тем, что радиоэлектронные устройства могут, решать или способствовать решению ряда важных задач, основными из которых являются следующие:
передача речи, музыки, неподвижных и движущихся изображений, команд управления, данных от ЭВМ, телеметрической и другой информации (звуковое и телевизионное вещание, связь, передача команд, передача данных, телеметрия и др.);
хранение, поиск, обработка и отображение информации (информатика);
видение объектов и процессов в непрозрачных для видимой части спектра электромагнитного излучения средах, в частности внутри металлов, жидкостей, живых организмов и т. д., а также видение в темноте (интроскопия, визуализация). Для осуществления интроскопии- исследуемый объект облучают на просвет или отражение источником такого излучения, для которого данная среда является прозрачной (например,источником ультразвуковых колебаний или электромагнитных получений «невидимого» диапазона волн - радио, инфракрасного, рентгеновского и др. Полученная информация преобразуется затем в видимое изображение;
обнаружение, опознавание, определение координат и параметров движения различных движущихся или неподвижных объектов на основе излучаемой или отражаемой этими объектами энергии электромагнитных пли акустических волн (локация);
управление движением самолетов,вертолетов, космических аппаратов, морских и речных судов, подводных и других движущихся объектов(управление, навигация);
исследование небесных тел и космического пространства (астрономия);
исследование земной атмосферы, земных поверхностных и под поверхностных слоев суши и моря (метеорология, разведка природных ресурсов и др.);
измерение характеристик радиоэлектронных сигналов и цепей (радиоизмерения, радиотехническая разведка).
Радиоэлектронные устройства и системы находят широкое применение в системах автоматизированного управления технологическими процессами (АСУ ТП) предприятиями (АСУП), отраслями (ОАСУ) и другим: подразделениями народного хозяйства. Они обеспечивают в таких системах извлечение, передачу, хранение поиск, обработку и отображение информации.
Наибольшая часть применений радиоэлектроники включает передачу прием и преобразование информации. Только в некоторых задачах функции радиоэлектронных устройств ограничиваются созданием высоко частотной энергии (например, для закалки стали, сушки древесины, питания высокочастотной энергией ускорителей элементарных частиц,для нагрева токаю высокой частоты в медицине).Если разделить все радиоэлектронные устройства и системы на информационные и энергетические, то подавляющее большинстве устройств и систем следует отнести к информационным
В настоящее время радиоэлектроника бурно развивается, что можно объяснить следующими примечательными свойствами радиоэлектронных средств: системотехника радиоэлектроника вычислительный
передача информации па большие расстояния осуществляется с максимально возможной скоростью, равной скорости света;
современные радиопередающие и радиоприемные устройства обеспечивают обмен информацией в пределах всей Солнечной системы;
радиоэлектронные устройства и системы способны формировать импульсы длительностью 10-8с и менее, благодаря чему имеется возможность контролировать быстротекущие процессы и производить за1 с огромное число измерений и вычислений;
радиоэлектронные устройства и системы, надежно выполняющие сложные функции, могут иметь малые массу и габариты, что позволяет размешать их на искусственных спутниках, ракетах и даже вводить внутри человеческого тела при медицинских исследованиях.
Расширение областей применения радиоэлектроники требует все большего совершенствования радиоэлектронной аппаратуры, и прежде всего обеспечения ее работы в новых диапазонах частот, дальнейшего уменьшения массы и габаритов, а также повышения ее надежности. В свою очередь, успехи, достигнутые в совершенствовании радиоаппаратуры, открывают новые обмети применения средств радиоэлектроники.
Классификация электромагнитных волн (в диапазоне радиоволн она соответствует регламенту радиосвязи) приведена в табл. 1. Обычно при делении всей области электромагнитных волн на диапазоны учитывают различия в физическом происхождении, особенностях распространения, способах генерации и приема. Однако четких физических границ между диапазонами не существует, они являются в значительной мере условными.
Выделяют четыре основных диапазона электромагнитных волн: радиоволны, оптическое излучение (инфракрасное, видимое, ультрафиолетовое), рентгеновское и гамма-излучения. Граница между диапазонами радиоволн и инфракрасного излучения выражена весьма нечетко. Поэтому в некоторых литературных источниках миллиметровые и децимиллиметровые волны часто считают промежуточными между радиоволнами и инфракрасным излучением, а иногда и децимиллиметровые волны включают в инфракрасный диапазон. Однако в настоящее время техника генерации, и приема миллиметровых и децимиллиметровых волн по применяемым способам ближе к радиотехнике, чем к инфракрасной технике. Границы между ультрафиолетовым и рентгеновским и гамма-излучением также весьма нечеткие. Например, удавалось получить рентгеновское излучение с длиной порядка 10-12 м и гамма-излучение с длиной волны более 10-10 м.
По мере уменьшения длины волны все в большей степени проявляется квантовый характер электромагнитного излучения и все меньше его волновые свойства.
Таблица 1
Диапазон волн, мf, ГцfРадиоволныДекамегаметровые Мегаметровые Гектокилометровые Мириаметровые Километровые Гектометровые Декаметровые Метровые Дециметровые Сантиметровые Миллиметровые Децимллиметровые108-107 107-106 106-105 105-104 104-103 103-102 102-10 10-1 1-10-1 10-1-10-2 10-2-10-3 10-3-10-43-30 30-300 (3-30)·102 (3-30)·103 (3-30)·104 (3-30)·105 (3-30)·106 (3-30)·107 (3-30)·108 (3-30)·109 (3-30)·1010 (3-30)·10113·10-3-3·10-2 кГц 3·10-2 -3·10-1 кГц 3·10-1 -3 кГц 3-30 кГц 30-300 кГц 300-3·103 кГц 3-30 МГц 30-300 МГц 300 -3000МГц 3-30 ГГц 30-300ГГц 300-3000ГГцОптический диапазонИнфракрасное излучение: дальнее1) ближнее1) Видимое излучение Ультрафиолетовое излучение: дальнее ближнее 10-4-10-5 10-5-0,76·10-6 (0,76-0,4)·10-6 0,4·10-6-10-7 10-7-10-8 (3-30)·1012 (3-40)·1012 (40-75)·1013 (75-300)·1013 (3-30)·1015 3-30ТГц 30- 400ТГц 400- 750ТГц - -Рентгеновский и гамма диапазоныРентгеновское излучение: мягкое среднее жесткое Гамма-излучение 10-8-10-9 10-9-10-10 10-10-10-11 ≤10-11 (3-30)·1016 (3-30)·1017 (3-30)·1018 ≥30·1018 - - - -
1) Здесь и далее термины «ближнее» и «дальнее» указывают на степень удаленности данного диапазона от диапазона видимого излучения.
Чем длиннее электромагнитные волны, тем с меньшим затуханием они огибают земную поверхность. Поэтому мириаметровые волны используются для глобальных радиосвязи и радионавигации - они круглосуточно распространяются вокруг Земли. В несколько меньшей степени этим положительным свойством обладают километровые волны. Основные недостатки километровых и особенно мириаметровых радиоволн сводятся к следующему:
.Трудность эффективного излучения вследствие малых размеров антенной системы по сравнению с длиной волны. Для преодоления этой трудности приходится применять антенные системы очень больших размеров и подавать на их вход колебания весьма большой мощности. Известна система передачи телеграфных сигналов на частотах 10-30 кГц, в которой к передающей антенной системе объемом около 1 км3 подводится средняя мощность 1000 кВт.
.Малая пропускная способность вследствие узости частотного диапазона, что приводит к необходимости применения (на мириаметровых волнах)телеграфной передачи со сравнительно небольшой скоростью.
.Сильное действие атмосферных и индустриальных помех, а также помех от соседних радиостанций, значительно превышающее действие внутреннего шума радиоприемных устройств.
.Трудность получения узконаправленного излучения и приема.
В значительно меньшей, степени указанные преимущества и недостатки проявляются в диапазоне гектометровых волн.
Основной особенностью декаметровых волн является распространение их вдоль земной поверхности в результате отражений от ионосферы. Благодаря этому становится возможной, как и на мириаметровых волнах, глобальная радиосвязь, но эта связь подвержена сильным замираниям вследствие интерференции волн, пришедших в точку приема различными путями.
Метровые и более короткие волны распространяются в основном в пределах геометрической видимости. Однако на дециметровых и сантиметровых волнах еще возможен прием на расстоянии, значительно превышающем геометрическую видимость, вследствие существования отражения от тропосферы. На метровых и более коротких волнах интенсивность большинства атмосферных и индустриальных помех падает до уровня, сравнимого с внутренним шумом радиоприемных устройств, Значительно уменьшаются и взаимные помехи от радиостанций, но зато в большей степени сказываются помехи от Галактики и Солнца.
На дециметровых и особенно на сантиметровых волнах удается реализовать такие преимущества очень коротких волн, как возможность получения остронаправленного излучения и приема при сравнительно небольших размерах антенных систем и возможность передачи большого количества информации. В то же время, волны длиннее 3 см еще довольно слабо затухают в атмосфере и их распространение сравнительно мало зависит метеорологических условий (времени суток и года, наличия тумана, облаков и осадков, помех от Солнца и др.).
Волны короче 3 см сильно затухают в атмосфере, и распространение существенно зависит от метеорологических условий. В области децимиллиметровых волн ив дальней области инфракрасного излучения окна прозрачности практически отсутствуют, что является одной из основных причин, слабого освоения этих диапазонов волн. В пределах окон прозрачности волны короче 3 см испытывают сравнительно слабое затухание в чистой атмосфере, но на их распространение сильно влияют метеорологические условия. Поэтому такие волны используются чаще всего в космосе, а также в наземной связи по защищенным от влияния метеоусловий средам (волноводам и световодам).
Как указывалось выше, существенным недостатком возникающим при переходе от более длинных волн к децимиллиметровым и особенно к инфракрасному и более коротковолновому излучению, является резкое усиление квантовых эффектов. Однако миллиметровые более короткие волны имеют и весьма существенные преимущества, основными из которых являются:
очень широкий частотный диапазон, позволяющий разместить большое число частотных каналов;
возможность остронаправленного излучения приема при весьма малых размерах антенных устройств.
возможность измерения очень малых радиальных скоростей объектов, обусловленная тем, что даже при незначительной радиальной скорости vr получается большое доплеровское смещение
Fд=vr/
частоты принимаемого сигнала.
Правда, следует отметить, что высокая направленность излучения и большая чувствительность к радиальной скорости во многих случаях являются не преимуществами, а недостатками, так как требуется точное «нацеливание» на приемник максимума диаграммы направленности антенны передатчика (а при узкой диаграмме направленности антенны приемника обеспечение ее автослежения за передатчиком) и автоматическое слежение за частотой принимаемого сигнала (так как возможно резкое изменение этой частоты при появлении или изменении радиальной скорости vr).
В диапазонах метровых и более длинных волн для мощных каскадов (P > 100 Вт) используются в основном вакуумные радиолампы, а для менее мощных -полупроводниковые диоды и транзисторы.
В сантиметровых волнах в мощных каскадах применяются главным образом магнетроны, клистроны, и ЛБВ, а по входных каскадах приемника - параметрические усилители на варакторах(диодах с нелинейной емкостью), ЛБВ, туннельные диоды, мазеры, полупроводниковые смесительные диоды, клистроны (в качестве гетеродинов). Параметрические усилители без охлаждения обеспечивают шумовую температуру приемника Тш = 50-600 К, апри охлаждении Тш = 15-20 К. Мазеры в режиме охлаждения имеют Тш≈ 12 К и туннельные диоды Тш = 400-1000 К.
Дециметровые волны занимают промежуточное положение между метровыми и сантиметровыми, поэтому в длинноволновой и коротковолновой частях этого диапазона применяются в основном те же электронные приборы, что на метровых и сантиметровых волнах соответственно.
В длинноволновой части диапазона миллиметровых волн используются обычно приборы того же типа, что и на сантиметровых, но специальной конструкции. Коротковолновая часть диапазона миллиметровых волн и дальняя область ИК излучения пока мало освоены. Это объясняется, с одной стороны, указанными выше существенными недостатками данных диапазонов, а с другой- трудностью создания эффективных приборов для генерации и приема электромагнитных колебаний. Действительно, применение в этих диапазонах приборов того же типа, что и на сантиметровых волнах, затрудняется необходимостью чрезмерного уменьшения их объема и ювелирной точности изготовления. Использованию приборов, применяемых в оптическом диапазоне (лазеров, фотодиодов, фоторезисторов и т. п.) препятствует недостаточная квантовая эффективность (малая энергия кванта hf) излучения в указанном диапазоне. В ближней части ИК диапазона и в диапазоне видимого излучения энергия кванта оказывается уже достаточной для обеспечения высокой эффективности квантовыхприборов. При этом когерентное излучение обеспечивают лазеры, а прием излучения (когерентного или некогерентного) - фоторезисторы, фотодиоды и фотоумножители.
С учетом всех отмеченных выше особенностей радиосредств, работающих в различных диапазонах волн, в настоящее время наибольшее использование получили сантиметровые и дециметровые волны (главным образом в диапазоне 3-30 см): они широко применяются в радиолокации, радионавигации, радиоуправлении, радиосвязи, радиоастрономии и в ряде других областей. Это объясняется следующими основными причинами.
. В диапазоне 3-30 см удается реализовать наивысшую чувствительность радиоприемных устройств. Действительно, чувствительность радиоприемное устройства определяется минимальной требуемой средней мощностью сигнала на входе приемника
вх мин = kТш=f,(1.1)
где f - шумовая полоса пропускания приемника до детектора; = Рс/Рш - отношение сигнал-шум на входе детектора, требуемое для нормальной работы выходного устройства.
Коэффициент при данной полосе f определяется в основном следующими -факторами:
эквивалентной шириной полосы пропускания Fак после детектора или, что то же самое, допустимым временем накопления информации на выходе
Тн ~ ½ Fэк;
- степенью приближения качества обработки ин формации в приемнике к наилучшему возможному;
требуемым отношением сигнал-шум на выходе приемника (т. е.в полосе Fэк), которое зависит от вида выходного устройства и требуемой точности и надежности его работы.
На чувствительность Pвх мин влияет диапазон частот, от которого в основном зависит шумовая температура, минимальная в диапазоне сантиметровых и дециметровых волн. Это объясняется тем, что на более длинных волнах резко возрастает интенсивность внешних помех, а на более коротких волнах - интенсивность внутреннего шума (за.счет квантовых эффектов).
В настоящее время минимальное значение шумовой температуры, которое удалось получить в земных условиях, Тш мин≈ 30 К, Такое значение Тш мин получается лишь на сантиметровых и дециметровых волнах при вы полнении следующих условий:
приемная антенна имеет узкую диаграмму направленности, ориентированную под большим углом к горизонту и не захватывающую существенного космического и излучения (от Солнца, звезд, ионосферы и т. п.); при этом шум антенны определяется в основном шумом атмосферы, эффективная шумовая температура которой близка к 10 К;
приемное устройство выполнено на сильно охлажденном (до 4-20 К) параметрическом усилителе или мазере.
В сантиметровом диапазоне волн удается генерировать колебания большой мощности - десятки мегаватт в импульсном режиме и десятки киловатт в непрерывным, а ширина этого диапазона составляет десятки тысяч мегагерц, что позволяет разместить без взаимных помех большое число частотных каналов, а также передавать одновременно большое число независимых сообщений на одной несущей частоте.
В последние годы в связи с резким ростом числа радиоэлектронных устройств и систем стала остро ощущаться нехватка свободных частот в диапазоне менее 30 ГГц (>1 см). Поэтому началось интенсивное освоение диапазонов миллиметровых и более коротких волн, и в первую очередь оптического диапазона. Наиболее перспективным для разнообразных применений (по меньшей мере на ближайшие годы) оказался сравнительно узкий участок оптического диапазона - 0,4-10 мкм, т. е. диапазон видимого света и ближнего инфракрасного излучения.
Резюмируя, можно сказать, что каждый участок всего огромного диапазона электромагнитных волн имеет свои преимущества и недостатки и свои перспективные области применения.
Литература
Титце У., Шенк К.Полупроводниковаясхемотехника - М.: ДМК Пресс2008
Волович Г. И. Схемотехника аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств. - М.: Издательский дом «Додека-XXI»2015
Хоровиц П., Хилл У.Искусство схемотехники. - М.: Мир1998
Войшвилло Г. В.Усилительные устройства. - М.: Радио и связь 2013
Шило В. Л.Линейные интегральные схемы в радиоэлектронной аппаратуре. - М.: Сов. Радио, 2010