ФІЗИКА ТА РАДІОЕЛЕКТРОНІКА: ВІД ФУНДАМЕНТАЛЬНИХ ЗАКОНІВ ДО СУЧАСНИХ ТЕХНОЛОГІЙ

Анотація

У статті простежується тісний взаємозв’язок між фізикою як базовою наукою та радіоелектронікою як її прикладним продовженням. Фізика, досліджуючи властивості матерії, енергії, простору й часу, формує теоретичне підґрунтя для розуміння природних процесів, тоді як радіоелектроніка використовує ці знання (особливо положення електродинаміки та електроніки) для створення, оптимізації та практичного застосування електронних систем, призначених для передавання, приймання й оброблення інформації. Радіоелектроніка нині охоплює майже всі сфери людського життя – від побутових пристроїв (смартфонів, ноутбуків, планшетів) і технологій бездротового зв’язку (Wi-Fi, Bluetooth, мобільні стандарти 3G–5G) до «інтернету речей» (IoT), автономного транспорту, медичних систем діагностики та технічних засобів безпеки. Значна увага приділяється її ролі в космічних технологіях, зокрема у функціонуванні супутникових навігаційних комплексів GPS і Galileo, а також засобів міжпланетного зв’язку. У роботі детально розглянуто фізичні закономірності, на яких ґрунтується радіоелектроніка. Підкреслено фундаментальне значення закону Ома, що є основою для розрахунків електричних кіл, та законів Кірхгофа, які описують збереження електричного струму у вузлах і напруг у замкнутих контурах. Ці принципи лежать в основі аналізу й моделювання складних електронних схем, що містять такі компоненти, як транзистори, резистори, діоди чи інтегральні мікросхеми. Окремий розділ присвячено історичному становленню радіоелектроніки. Відкриття Джеймсом К. Максвеллом електромагнітних хвиль і їх експериментальне підтвердження Генріхом Герцем стали відправною точкою розвитку бездротових технологій. Значний внесок у подальший розвиток галузі зробили відкриття в галузі квантової фізики – роботи М. Планка, А. Ейнштейна, а також модель атома Н. Бора. Їх результати дали поштовх до розуміння зонної будови твердих тіл і створення напівпровідникових приладів – діодів, транзисторів, мікросхем та процесорів, що сформували основу сучасної цифрової електроніки. В історичному контексті розглянуто також перші експерименти з бездротового передавання сигналів, здійснені Г. Марконі та О. Поповим, а також розвиток електронних ламп – діода Дж. Флемінга та тріода Л. де Фореста, які стали першими активними елементами електроніки. Переломним моментом став винахід транзистора у 1947 році Дж. Бардіним, В. Браттейном і В. Шоклі, що започаткував еру напівпровідникових технологій і відкрив шлях до мікропроцесорної техніки та інформаційної доби. Сучасний етап розвитку радіоелектроніки характеризується мініатюризацією компонентів, удосконаленням мікропроцесорів, еволюцією мобільного зв’язку (Wi-Fi, Bluetooth, 5G), які забезпечують високу швидкість передавання даних і мінімальні затримки сигналу. Також розглянуто стратегічну роль радіоелектронних систем у навігаційних і супутникових технологіях, що використовуються в цивільній, науковій та оборонній сферах.