3.1. أجهزة الحالة الصلبة

تُعد الأجهزة ذات الحالة الصلبة بالغة الأهمية لأنظمة الميكروويف، حيث توفر وظائف مثل التضخيم والتحويل وتوليد الطاقة.

• ترانزستورات الميكروويف: تم تصميم ترانزستورات السيليكون npn لترددات الميكروويف، وتتميز بأشكال هندسية مثل الهياكل المتداخلة أو المتراكبة أو المصفوفية للتعامل مع متطلبات الطاقة والإشارة.
• الصمام الثنائي المتغير: ثنائي أشباه موصلات تتغير سعة وصلته بتغير جهد الانحياز العكسي المطبق. يُستخدم في تحويل الترددات، والتضخيم البارامتري، وتعديل الإشارة.
• ثنائي شوتكي الحاجز: ثنائي وصلة معدنية-شبه موصلة ذو مقاومة غير خطية، يستخدم بشكل أساسي للكشف عن الموجات الدقيقة وخلطها نظرًا لبساطته وتكلفته المنخفضة وأرقام الضوضاء الجيدة.
• أجهزة تأثير غان (TEDs): يعتمد هذا على تأثير نقل الإلكترون في GaAs من النوع n، حيث تنتقل الإلكترونات بين وديان نطاق التوصيل. ويُستخدم في أجهزة إرسال الرادار، ومذبذبات الطاقة، ومضخمات النطاق العريض.
• أجهزة قياس زمن انتقال الانهيارات الثلجية: تُظهر هذه الأجهزة مقاومة سالبة بسبب التأخير بين الجهد والتيار.
  • صمام ثنائي إمبات: (زمن عبور الانهيار الناتج عن التأين بالصدمة) ثنائي عالي الطاقة يستخدم كمذبذب ومضخم في مولدات الموجات الدقيقة وأنظمة الرادار.
  • صمام ثنائي ترابات: (مولد طاقة عالي الذروة لتطبيقات مثل رادارات دوبلر وأنظمة المصفوفات المرحلية)
  • ثنائي باريت: (وقت عبور حقن الحاجز) جهاز أحدث وأقل ضوضاء حيث يتم حقن الناقل من وصلة منحازة للأمام بدلاً من الانهيار الضوضائي.
• الدائرة المتكاملة أحادية الرقاقة للميكروويف (MMIC): دوائر الميكروويف الكاملة المصنعة على ركيزة أشباه موصلات واحدة (مثل GaAs)، مما يوفر حجمًا صغيرًا وموثوقية عالية وقابلية للتكرار للتطبيقات العسكرية والرادارية والاستهلاكية.

3.2. أنابيب الميكروويف (أجهزة التفريغ)

لا تزال أنابيب التفريغ ضرورية لتوليد وتضخيم الطاقة العالية.

• كليسترون في الكهرباء: يستخدم شعاع الإلكترون ورنانات التجويف.
  • كليسترون تجويفي: مضخمٌ يعمل فيه إشارة دخل ضعيفة على تعديل سرعة حزمة الإلكترونات في تجويف "مُجمِّع". تنجرف هذه الإلكترونات المُعدَّلة السرعة وتُشكِّل حزمًا، مما يُحفِّز إشارة أقوى بكثير في تجويف "مُستقبِل" الخرج. توفر كليسترونات متعددة التجاويف كسبًا أعلى.
  • كليسترون انعكاسي: مذبذب أحادي التجويف منخفض الطاقة. تمر الإلكترونات عبر التجويف، ثم تُدفع للخلف بواسطة قطب كهربائي سالب "دافع"، وتشكل حزمًا تحافظ على التذبذبات داخل التجويف عند عودتها. ويمكن ضبط تردده عن طريق جهد الدفع.
• أنبوب الموجة المتنقلة (TWT): مضخم نطاق ترددي واسع، حيث يتفاعل شعاع إلكتروني باستمرار مع موجة ترددات لاسلكية تنتقل عبر بنية موجية بطيئة، عادةً ما تكون حلزونية. ينقل الشعاع الطاقة إلى الموجة، مما يؤدي إلى تضخيمها عبر نطاق ترددي واسع. تُستخدم أنابيب الموجة المتحركة (TWTs) في الأقمار الصناعية، ووصلات الاتصالات، والرادار.
• المغنطرون: مذبذب عالي القدرة يستخدم مجالات كهربائية ومغناطيسية متقاطعة. في مغنطرون تجويفيتُجبر الإلكترونات المنبعثة من مهبط مركزي على اتخاذ مسار دائري بفعل مجال مغناطيسي محوري قوي. تتفاعل هذه الإلكترونات مع مجالات الترددات الراديوية في تجاويف رنانة داخل كتلة المصعد المحيطة، مُشكّلةً "أشعة" دوارة من حزم الإلكترونات التي تُحافظ على تذبذبات قوية. تُعدّ الماغنيترونات المكوّن الأساسي لأنظمة الرادار وأفران الميكروويف.