Радиофизика

Радиофи́зика

Область физики, в которой изучаются физические процессы, связанные с электромагнитными колебаниями и волнами радиодиапазона (см. Радиоволны): их возбуждение, распространение, приём и преобразование частоты, а также возникающие при этом взаимодействия электрических и магнитных полей с зарядами в вакууме и веществе. Р. сформировалась в 20—30-е гг. 20 в., объединив разделы физики, развитые применительно к изучению задач радиотехники (См. Радиотехника) и электроники (См. Электроника).

Основные направления исследований: 1) теоретические и экспериментальные исследования электрических колебаний в колебательных системах с сосредоточенными параметрами (см. Колебательные системы, Колебательный контур) и в непрерывных средах (с распределёнными параметрами). Эти исследования — основа для разработки новых методов генерации, усиления и преобразования колебаний с частотами от 1—2 гц до 10¹¹ гц и выше (см. Автоколебания, Генерирование электрических колебаний, Параметрическое возбуждение и усиление электрических колебаний). Исследуются также влияние случайных (флуктуационных) процессов на электрические колебания в конкретных устройствах и методы выделения сигнала, несущего информацию, из совокупности полезных и случайных (например, шумовых) сигналов (Статистическая радиофизика). Обе проблемы тесно связаны с общей математической теорией колебаний (См. Колебания), теорией автоматического регулирования, теорией информации и кибернетикой (См. Кибернетика), которые являются обобщением закономерностей, изучаемых в Р., на процессы, протекающие в различных механических, электрических, биологических и др. системах.

2) Взаимодействия электрических колебаний и электромагнитных волн радиодиапазона с носителями тока в вакууме, газах и твёрдых телах. Изучение взаимодействия электронных потоков в вакууме с электромагнитными полями позволило создать и усовершенствовать как электронные лампы (См. Электронная лампа) (со статическим управлением электронными потоками), так и электронные приборы СВЧ (Магнетрон, Клистрон, лампа бегущей волны, Лампа обратной волны и пр.). Исследование взаимодействия электромагнитных полей с ионизованным газом привело к созданию газоразрядных приборов (Тиратрон, Тригатрон и др.), которые широко используются в системах радиоэлектроники. Оно примыкает к общим исследованиям физических (в особенности колебательных) свойств плазмы (См. Плазма) и к исследованиям волновых процессов в природной плазме околоземного и межпланетного космического пространства.

Изучение взаимодействия электрических колебаний и волн радиодиапазона с электронными процессами в полупроводниках (См. Полупроводники), электронно-дырочных переходах (См. Электронно-дырочный переход) и гетероструктурах (см. Полупроводниковый гетеропереход), а также в ряде диэлектрических кристаллов и некоторых сверхпроводящих устройствах позволило создать твердотельные генераторы, усилители и преобразователи электрических колебаний различных частот — от самых низких до частот оптического диапазона (см. Полупроводниковый диод, Транзистор, Ганна диод, Джозефсона эффект, Квантовая электроника).

3) Излучение и распространение радиоволн. Теоретические и экспериментальные исследования излучения различных типов антенн (См. Антенна), их электродинамический расчёт, а также изучение распространения радиоволн в различных направляющих (Радиоволновод, Фидер) и замедляющих системах (См. Замедляющая система) играют важную роль в создании систем радиосвязи (См. Радиосвязь), передающих и приёмных устройств и др. При изучении распространения радиоволн (См. Распространение радиоволн) над поверхностью земли и под нею с учётом конкретных условий, связанных с непостоянством геофизических и космических факторов, Р. соприкасается с геофизикой (См. Геофизика). Исследование особенностей распространения радиоволн на земных и космических радиотрассах возможно лишь на основе систематического накопления сведений о свойствах тропосферы (См. Тропосфера), ионосферы (См. Ионосфера), приземного и межпланетного космического пространства и их изменчивости во времени. С др. стороны, многие свойства геофизических объектов изучаются в основном радиофизическими методами, т. е по наблюдениям за особенностями протекания волновых и колебательных процессов в радиодиапазоне.

Развитие Р. сопровождается открытием новых явлений, находящих практическое применение и составляющих основу новых направлений (например, квантовая электроника). Некоторые разделы Р. выделяются в самостоятельные области физики (Радиоастрономия, Радиоспектроскопия, Радиометеорология и др.), где методы Р. служат лишь средством изучения явлений, лежащих за пределами Р. Особую роль сыграло проникновение методов Р. в оптику (см. Нелинейная оптика).

В. В. Мигулин.