۳. قطعات و دستگاه‌های فعال مایکروویو
۳.۱. قطعات حالت جامد
قطعات حالت جامد برای سیستم‌های مایکروویو بسیار مهم هستند و عملکردهایی مانند تقویت، سوئیچینگ و تولید برق را ارائه می‌دهند.
- ترانزیستورهای مایکروویو: ترانزیستورهای سیلیکونی npn برای فرکانس‌های مایکروویو طراحی شده‌اند و دارای هندسه‌هایی مانند ساختارهای درهم‌تنیده، روکش یا ماتریسی برای مدیریت نیازهای توان و سیگنال هستند.
- دیود ورکتور: دیود نیمه‌هادی که ظرفیت اتصال آن با ولتاژ بایاس معکوس اعمال شده تغییر می‌کند. برای تبدیل به بالا، تقویت پارامتری و مدولاسیون سیگنال استفاده می‌شود.
- دیود مانع شاتکی: یک دیود پیوند فلز-نیمه‌هادی با امپدانس غیرخطی که به دلیل سادگی، هزینه کم و نویز فیگور خوب، عمدتاً برای تشخیص و اختلاط مایکروویو استفاده می‌شود.
- دستگاه‌های اثر گان (TEDs): بر اساس اثر الکترون انتقالی در گالیم آرسنید نوع n، که در آن الکترون‌ها بین دره‌های نوار رسانش منتقل می‌شوند. در فرستنده‌های رادار، نوسان‌سازهای توان و تقویت‌کننده‌های پهن‌باند استفاده می‌شود.
- دستگاه‌های زمان عبور بهمن: این دستگاه‌ها به دلیل تأخیر بین ولتاژ و جریان، مقاومت منفی از خود نشان می‌دهند.
- دیود ایمپات: (زمان عبور بهمن یونیزاسیون ضربه‌ای) دیود پرقدرتی که به عنوان نوسان‌ساز و تقویت‌کننده در ژنراتورهای مایکروویو و سیستم‌های رادار استفاده می‌شود.
- دیود TRAPATT: (انتقال ناشی از بهمن پلاسمای به دام افتاده) یک مولد توان با پیک بالا برای کاربردهایی مانند رادارهای داپلر و سیستم‌های آرایه فازی.
- دیود باریت: (زمان عبور تزریق مانع) یک قطعه جدیدتر و کم‌نویزتر که در آن تزریق حامل از یک پیوند بایاس رو به جلو به جای یک بهمن پر سر و صدا انجام می‌شود.
- مدار مجتمع مایکروویو یکپارچه (MMIC): مدارهای کامل مایکروویو که بر روی یک زیرلایه نیمه‌هادی (مانند GaAs) ساخته شده‌اند و اندازه کوچک، قابلیت اطمینان بالا و تکرارپذیری را برای کاربردهای نظامی، رادار و مصرفی ارائه می‌دهند.
۳.۲ لوله‌های مایکروویو (دستگاه‌های خلاء)
برای تولید و تقویت توان بالا، لامپ‌های خلاء همچنان ضروری هستند.
- کلایسترون: از پرتو الکترونی و تشدیدگرهای حفره‌ای استفاده می‌کند.
- حفره کلایسترون: تقویت‌کننده‌ای که در آن یک سیگنال ورودی ضعیف، سرعت پرتو الکترونی را در یک کاواک «خوشه‌ای» تعدیل می‌کند. این الکترون‌های تعدیل‌شده با سرعت، رانش کرده و دسته‌هایی تشکیل می‌دهند که سپس سیگنال بسیار قوی‌تری را در یک کاواک «گیرنده» خروجی القا می‌کنند. کلیسترون‌های چند حفره‌ای، بهره بالاتری را فراهم می‌کنند.
- رفلکس کلایسترون: یک نوسان‌ساز تک حفره‌ای کم‌مصرف. الکترون‌ها از حفره عبور می‌کنند، توسط یک الکترود «دافع» منفی دفع می‌شوند و دسته‌هایی را تشکیل می‌دهند که نوسانات را در حفره پس از بازگشت حفظ می‌کنند. فرکانس آن از طریق ولتاژ دافع قابل تنظیم است.
- لوله موج رونده (TWT): تقویت‌کننده‌ای با پهنای باند وسیع که در آن یک پرتو الکترونی به طور مداوم با یک موج RF که در امتداد یک ساختار موج آهسته، معمولاً یک مارپیچ، حرکت می‌کند، برهمکنش می‌کند. پرتو انرژی را به موج منتقل می‌کند و آن را در یک محدوده فرکانسی وسیع تقویت می‌کند. TWTها در ماهواره‌ها، لینک‌های ارتباطی و رادار استفاده می‌شوند.
- مگنترون: یک نوسان‌ساز پرقدرت که از میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی متقاطع استفاده می‌کند. در یک مگنترون حفره‌ایالکترون‌های ساطع شده از کاتد مرکزی توسط یک میدان مغناطیسی محوری قوی به یک مسیر دایره‌ای رانده می‌شوند. آن‌ها با میدان‌های RF در حفره‌های رزونانسی درون بلوک آند اطراف برهمکنش می‌کنند و "پره‌های" چرخان از دسته‌های الکترونی را تشکیل می‌دهند که نوسانات قدرتمندی را تحمل می‌کنند. مگنترون‌ها جزء اصلی سیستم‌های رادار و اجاق‌های مایکروویو هستند.