Устройства СВЧ и Антенны. 1. Классификация направляющих систем

• Название: 1. Классификация направляющих систем
• Анкор: Устройства СВЧ и Антенны
• Дата: 18.04.2022
• Размер: 0.54 Mb.
• Имя файла: sekretnaya_informatsia.docx
• Тип: Документы; #481625
• страница: 5 из 7

27 ВОПРОС «Типы волн в прямоугольном волноводе

Поверхность прямоугольного волновода (рисунок 17) образуется плоскостями . Обычно широкая стенка в 2-2,5 раза длиннее стенки .


Рисунок 17
Решение для H-волн и Е-волн имеет вид:

(5-7)

где , , – комплексные амплитуды генератора.

28 ВОПРОС «Круглый волновод»
Круглый волновод представляет собой полый цилиндр радиусом a. Схематическое изображение круглого волновода показано на рис. 4.12.



Рис. 4.12

Приведем основные результаты решения волновых уравнений для круглого волновода. В круглом волноводе существуют волны Е и Н-типов.

Фазовая и групповая скорости определяются следующим образом.

Для волн Е-типа: где - волновое число, - корни уравнения Бесселя, а – радиус волновода.

Для волны Н-типа:

Анализ содержания таблицы 4.2, 4.3 позволяет сделать следующие выводы:

1. 
   В круглом волноводе низшим типом волны является волна Н₁₁.
   
2. 
   У волны Н₀₁ на стенках волновода азимутная составляющая отсутствует и существует только продольная составляющая напряженности магнитного поля. Продольная составляющая поля при также стремится к нулю, что приводит к результату: ток по стенкам не течет. Этим обеспечивается малое затухание волны Н₀₁ (Н_0n) в круглых волноводах.
   
1. 
   Волна Е₀₁ в круглом волноводе обладает круговой симметрией. Благодаря этому свойству она используется во вращающихся соединениях антенных устройств.
   

25 ВОПРОС «Расчет согласующих шлейфов»

Расчет шлейфных согласующих устройств удобно проводить с помощью диаграммы Смита, приведенной на рисунке. 

Существует простой способ согласования 75-омного кабеля с 50-омными нагрузками с помощью шлейфов.

В качестве примера на диаграмме показан расчет вышеописанного трансформатора 50/75.

Точка A представляет нормированную проводимость нагрузки (1/50 Ом, поделенная на проводимость кабеля 1/75 Ом), равную 1,5.

На расстоянии l₁ в сторону генератора нормированная проводимость становится равной 1-j0,4 (точка B). Включив в этом сечении параллельно линии проводимость +j0,4, получаем полное согласование (нормированная проводимость 1, точка C). Проводимость +j0,4 имеет отрезок линии длиной l₂, разомкнутый на конце. Длины отрезков l_{1 ,} l₂в длинах волн отсчитываются на внешнем круге диаграммы.

l₂ = 0,06=0,0611м0,66= 0,44 м,

l₁= 0,36–0,25=0,11=0,1111м0,66= 0,8 м.

Здесь 0,66 – коэффициент укорочения кабеля.

Разумеется, этот способ пригоден для согласования любых сопротивлений, как активных, так и комплексных. Чем больше отличие активного сопротивления нагрузки от сопротивления кабеля, тем уже получается полоса согласования.

29) 101 стр

30) 102 стр

31) 104 стр

32) 113 стр

33) 117 стр
34. Преимущества волоконно-оптической системы передачи (ВОСП)
Основные преимущества систем волоконно – оптической связи перед традиционными системами связи на основе электрических кабелей определяются в первую очередь применением в них нового типа направляющей системы электромагнитных колебаний – оптического кабеля. Далеко не полный перечень этих преимуществ состоит в следующем:

- малые значения коэффициентов затухания (в несколько десятков раз меньше, чем в кабелях с металлическими жилами) и их независимость от частоты передаваемого сигнала, что обеспечивает высокую пропускную способность волоконно – оптических систем связи и большие длины участков передачи между двумя регенераторами;
- высокая защищенность от внешних электромагнитных полей, что делает излишним применение специальных мер защиты от мешающих влияний со стороны силовых кабелей и источников сильных электромагнитных полей (электродвигатели, силовые трансформаторы, линии электропередачи), а также от действия помех от других средств связи;
- отсутствие излучения во внешнюю среду, что практически исключает взаимное мешающее влияние между отдельными световодами и возможность несанкционированного доступа передаваемой информации;
- малая металлоемкость линии передачи и отсутствие в ней дефицитных цветных металлов, так как основным сырьем для производства волоконных световодов является двуокись кремния, запасы которого на земном шаре практически безграничны;
- прекрасные малогабаритные показатели: 1км световода имеет массу порядка 40г, тогда как коаксиальная медная трубка такой же длины, выполняющая аналогичные функции, весит несколько сот килограммов;
- большая строительная длина кабеля, что обусловливает уменьшение количества промежуточных муфт и, соответственно, увеличивает надежность сети связи;
- стоимость оптического кабеля имеет стойкую тенденцию к снижению, тогда как стоимость электрических кабелей связи постоянно растет.

Волоконно-оптические линии связи благодаря их помехоустойчивости, малому веcу,дешевизне смогут найти применение в наиболее простых системах связи,таких, как системы промышленного контроля и управления, и даже в низовых телефонныхсетях. Однако наибольший эффект применение этих линий связи даст там, где можетбыть использована их большая пропускная способность.

Можно увидеть, что волоконно-оптические системы будут входить в практику постепенно, вытесняя существующие системы из тех областей, где преимущества ВОЛСимеют наибольшее значение.

Прежде всего, это такие внутриобъектовые системы, как самолетные, где решающимися являются помехозащищенность и вес системы. Помехозащищенность и малый объем кабельной системы и систем передачи информации между блоками ЭВМ.

Системы кабельного телевидения показывают, что лишь световодные кабели могут обеспечить высокое качество изображение в массовых системах этого типа, рассчитанных на индивидуальных абонентов.В свою очередь,развитие системыкабельного телевидения делает реальным дальнейшее качественное расширениевозможностей информационного обслуживания.Впоследствии абоненты смогут нетолько получать информацию из подобных центров, но и обмениваться индивидуальной информацией,так что система кабельного телевидения объединиться с видеотелефонной сетью.

Магистральные линии связи, соединяющие города и страны, поглощают массу дефицитных материалов и требуют огромных расходов на оборудование.

Развитие ВОЛС приведет к радикальной перестройке многих измерительных иуправляющих комплексов. Сейчас подавляющее большинство измерительных приборов выдаёт результаты измерений в форме электрических сигналов аналоговых ицифровых.

Появление оптических систем приведет к разработке приборов,непосредственнопредставляющих измеряемые величины(размеры, скорости, силы и так далее) в видеоптических сигналов, пригодных для передачи по световодным кабелям.

Однако применение волоконныхсветоводов не ограничивается системами передачи информации. Многие приборы и аппараты, использующие мощные лучи лазера кобъекту воздействиячерез громоздкие и неудобные перископические системы. Применение гибкихсветоводов, способных передавать достаточно большие мощности илиимпульсы света с большой энергией,значительно повысит возможности лазернойтехнологии и медицины.

Перечисленные достоинства волоконно – оптических кабелей предопределяют эффективность их применения во многих областях техники локальных сетей связи.
Волоконно – оптические системы связи имеют также определенные недостатки:

-волоконные световоды подвержены влиянию радиации, которая вызывает увеличение затухания колебаний; 
-за счет водородной коррозии в оптических волокнах появляются микротрещины, которые вызывают увеличение затухания и могут привести к разрушению световодов;
-за счет повышенного уровня шумов в оптическом диапазоне длин волн и меньшей мощности передатчиков энергетический потенциал волоконно – оптической аппаратуры оказывается на 15 – 20 дБ меньше, чем у ее электрических аналогов;
-работа с волоконно – оптической техникой предъявляет повышенные требования к квалификации персонала и требует наличия более сложного и дорогого технологического оборудования.

35. Разновидности конструкций полосковых линий. Полосковые линии.

Область применения радиоэлектронных средств расширяется, комплексы радиосистем становятся все более сложными, это полностью относится и к радиотехнике СВЧ диапазона.

К таким устройствам предъявляются жесткие требования по снижению себестоимости, повышению надежности, уменьшению габаритов и веса. Поэтому использование миниатюризации и миниатюризации элементов и узлов на СВЧ в современной радиоэлектронике является актуальной задачей.

По сравнению с обычной аппаратурой микрополосковые и полосковые схемы более трудоемки в разработке, поскольку связь между элементами схемы за счет краевых полей и полей излучения более трудно поддается учету, расчет многих элементов схемы производится приближенно, а подстройка готовых схем затруднена. Окончательные размеры схем приходится отрабатывать путем перебора множества вариантов.

Широкое развитие и распространение полосковой и микрополосковой техники обусловлено тем, что к ее изготовлению можно применить технологию печатных плат, например, травление печатных проводников или вакуумное напыление.

Микрополосковые антенны, изготовленные по печатной технологии интегральных схем, обеспечивают высокую повторяемость размеров, низкую стоимость, малые металлоемкость и массу. Они способны излучать энергию с линейной, круговой и эллиптической поляризацией, допускают удобные конструктивные решения для обеспечения работы в двух- или многочастотных режимах, легко позволяют разместить их на поверхностях сложной формы.

1. Полосковые линии передачи

К настоящему времени в технику СВЧ прочно вошел особый класс линий передачисволнамитипаТ,называемыхполосковымиволноводамиили полосковымилиниями.Вэтихволноводахтоконесущиепроводники представляютсобойтонкиеполоскиметалла,междукоторыминаходится подложка–плоскийслойдиэлектрикасмалымипотерями.

Полосковые линии бывают симметричными и несимметричными; поперечные сечения их изображенынарис.1.1.Помногимконструктивнымитехнологическим соображениямнапрактикепредпочитаютнесимметричныеполосковые линии.

Втехническойлитературенесимметричныеполосковые линиидлясантиметровогоимиллиметровогодиапазоновчастоназывают микрополосковымилиниями,подчеркиваяэтимтерминомминиатюрность конструкций.



36. Микрополосковые линии. Компланарные линии.

Микрополосковая линия — несимметричная полосковая линия передачи СВЧ, для передачи электромагнитных волн в воздушной или, как правило, в диэлектрической среде, вдоль двух или нескольких проводников, имеющих форму тонких полосок и пластин.

В микрополосковой линии распространяется волна квази-ТЕМ и силовые линии электрического поля проходят не только в диэлектрике, но и вне его.

Основным достоинством микрополосковой линии и различных устройств на её основе считается возможность автоматизации производства с применением технологий изготовления печатных плат, гибридных и плёночных интегральных микросхем. Основной недостаток, ограничивающий применение, — возможность применения только при малых и средних уровнях мощности СВЧ колебаний.

Основные параметры

• 
  П. л. отличаются от др. линий передачи малыми габаритами и простотой изготовления; допускают применение планарной технологии (напыление, фотолитография и т. п.), поэтому удобны для создания ИС как в качестве линии передачи эл--магн. энергии так и в качестве элементов СВЧ-устройств (резонаторов, фильтров, линии задержки, направленных ответвителей и др.).
  

Компланарные волноводы широко применяются в интегральных СВЧ схемах. Использование компланарных волноводов в СВЧ устройствах повышает гибкость конструирования, упрощает исполнение при реализации некоторых функциональных устройств. Конфигурация компланарного

волновода показана на рис. 2.4,а. Другая конфигурация (рис. 2.4,б) называется компланарной полосковой линией. Обе конфигурации относятся к категории «компланарных линий», в которых все проводники расположены в одной плоскости (на одной стороне подложки). Достоинством линий этих

типов является возможность более простого монтажа пассивных и активных компонентов последовательно или параллельно с линией. При этом нет необходимости в высверливании отверстий или изготовлении пазов в подложке.

Анализ компланарных волноводов и компланарных полосковых линий осуществляется квазистатическими и волноводными методами. Изложенный материал основан на квазистатическом анализе. Дисперсионные свойства компланарных линий аналогичны дисперсионным свойствам

микрополосковых линий. Дисперсия компланарных линий на подложках с низкой диэлектрической проницаемостью незначительна. Эти результаты показывают, что квази-Т – анализ может использоваться до частот трехсантиметрового диапазона волн.
38. Дисперсия в ЛП. Искажение сигналов в ЛП. Методы минимизации искажений сигналов.

Зависимость фазовой скорости от частоты указывает на наличие дисперсии в НС. Это обозначает, что различные типы волн в НС распространяются с различными скоростями. В двухпроводных линиях дисперсия отсутствует, дисперсия проявляется в волноводах и световодах

Дисперсия в световодах

С количеством мод, которые распространяются вдоль ВС, связано такое важное понятие как дисперсия. Дисперсия приводит к расширению оптических импульсов, которыми передается информация рис.7.9).Уширение импульсов определяется как .



Рис. 7.9 – Уширение импульсов в ВС

Уширение импульсов вызывает их перекрытие или даже слияние, что приводит к появлению ошибки при передаче импульсных последовательностей. Дисперсия является погонным параметром, измеряется на длину линии в км.

Дисперсия обусловлена такими факторами:

- разностью скоростей модовых составляющих или лучей в ВС (межмодовая дисперсия);

- зависимостью скорости распространения света от длины волны оптической несущей;

- зависимостью показателя преломления от длины волны.

Cоставляющие дисперсии приведены на рисунке 2.28.

Смысл межмодовой дисперсии легко понять с рис.7.6 а. Оптический импульс передается множеством лучей, каждый с которых по длине ВС, многократно отражаясь от границы сердцевине/оболочка, проходит разный путь. Кратчайший путь имеет осевой луч, время его распространения меньше, чем время распространения лучей, которые образуют моды высшего порядка. Поэтому увеличивается длительность оптического импульса. В одномодовых волокнах межмодовая дисперсия отсутствует (рис. 7.6 в).

Волноводная и материальная дисперсии образуют хроматическую дисперсию.



Рис. 7.11 - Спектр оптического излучателя

Этот вид дисперсии присутствует как в одномодовых, так и многомодовых волокнах. Он обусловлен тем, что ширина спектра оптического излучателя не равна нулю (рис. 7.11), он имеет множество составляющих. Каждая составляющая распространяется по ВС со своей скоростью, что и обуславливает волноводную дисперсию.

Кроме того, показатель преломления зависит от длины волны света, это обуславливает материальную дисперсию, потому что скорость распространения света в среде равна . Волокно характеризуется удельной дисперсией, приходящейся на ширину спектра излучения в 1мм, тогда хроматическая дисперсия определяется как

,

где - удельная материальная дисперсия, - удельная волноводная дисперсия, . На рис. 7.12 приведена спектральная зависимость хроматической дисперсии. Следует отметить, что удельная хроматическая дисперсия практически равна нулю на длине волны 1.3 мкм (рис.2.30). Разработаны ВС со смещенной дисперсией (рис.2.25), в которых хроматическая дисперсия отсутствует при =1.55 мкм. Все виды дисперсии объединены соотношением : , (с/км).