УСВЧ FINAL. Линии передачи определение регулярные, нерегулярные, однородные, неоднородные. Открытые, закрытые их достоинства и недостатки, применения. Примеры

• Название: Линии передачи определение регулярные, нерегулярные, однородные, неоднородные. Открытые, закрытые их достоинства и недостатки, применения. Примеры
• Анкор: УСВЧ FINAL.docx
• Дата: 02.05.2017
• Размер: 10.27 Mb.
• Имя файла: УСВЧ FINAL.docx
• Тип: Документы; #6565
• страница: 4 из 7

23. Устройство и применение коаксиального резонатора.
Коаксиальный резонатор больше похож на четвертьволновый шлейф, но не замкнутый.

Факторы, влияющие на параметры коаксиального резонатора: 1) Диаметр центрального резонатора (штыря):
Внешний диаметр штыря выбирается из соотношения с внутренним диаметром внешнего проводника (корпуса) резонатора равного 3,25, как дающего оптимальный характеристический импеданс 70 Ом (как в коаксиальном кабеле соотношение диаметров проводников определяет его характеристическое сопротивление – UA9LAQ) и максимально достижимую добротность.
2)Длина резонатора: Длина резонатора определяет рабочую частоту получившейся резонансной системы (как и наоборот: рабочая частота определяет длину резонатора). Длина резонатора обратно пропорциональна частоте, то же соотношение мы наблюдаем и применительно к любой антенне.
3)Петли связи: Петли связи (видоизменённые катушки связи) являются средством, с помощью которого
СВЧ энергия подводится к резонирующему элементу и отводится от него (поскольку добротность резонатора является очень большой, с ним необходима очень слабая связь, чтобы не ухудшать добротность резонатора.
Коаксиальные резонаторы находят широкое применение для создания частотно-селективных устройств и, в частности, фильтров в различной измерительной аппаратуре, системах связи, радиолокации и радионавигации.
Коаксиальный резонатор – резонатор, образованный КЗ отрезком коаксиальной линии, нагруженным на входе сосредоточенной емкостью. КЗ отрезок коаксиальной линии является основным элементом коаксиального резонатора. Он определяет как размеры, так и основные электрические параметры резонатора. Действительно, активные потери резонатора сосредоточены в КЗ отрезке. Входное реактивное сопротивление отрезка оказывает решающее влияние на добротность резонатора и является причиной множества резонансных частот.

КР относится к технике СВЧ и предназначен для создания частотно-селективных устройств СВЧ.

КР содержит корпус – экран, внутри которого расположен отрезок коаксиального волновода, заполненного диэлектриком, при этом внешний и внутренний проводники коаксиального волновода замкнуты одним концом на экран с противоположных сторон.


Похож на объемный резонатор, отличие, что он коаксиал и в его эпюрах напряжения.

КР находят широкое применение для создания фильтров в различной измерительной аппаратуре, системах связи, РЛС и радионавигации.
24. Аттенюатор: Конструкции, электрические параметры, применение.

А-четырехполюсник, обеспечивающий в заданных пределах изменение вносимого ослабления, устройство для плавного, ступенчатого или фиксированного понижения интенсивности электрических или электромагнитных колебаний в радиотехники, электронное устройство, понижающее амплитуду или мощность сигнала без существенного искажения его формы.

А-это, как правило, пассивные устройства, сделанные из сетей простых делителей напряжения.
Фиксированные А используются, чтобы уменьшить напряжение, рассеять мощность, а так же улучшить согласование с линией. В качестве А с одинаковым входным и выходным сопротивлением применяют П-образные и Т-образные схемы:



Сопротивления резисторов:

R1=R0(a+1)/(a-1); R2=R0(a²-1)/2a

Где R0- значение входного/выходного сопротивления аттенюатора

а-ослабление входного сигнала, выраженное в относительных единицах
А используются в тех случаях, когда необходимо ослабить сильный сигнал до приемлемого уровня, например, во избежание перегрузки входа какого-либо прибора чрезмерно мощным сигналом.



Электрические параметры:

∆f-полоса частот

КСВН(по напряжению)

КО

∆а-неравномерность ослабления

|S21|-затухание в дБ


25.Фазовращатель. Конструкции, электрические параметры, применение.

Фазовращатели СВЧ предназначены для изменения фазы отраженной или проходящей волны на требуемую величину. Различают отражательные и проходящие фазовращатели СВЧ. Существуют фазовращатели механические, электрические и электромеханические. Различают также фазовращатели с плавным и дискретным изменениями фазы.

Простейший отражательный механический фазовращатель представляет собой отрезок линии передачи с короткозамыкающим поршнем. При изменении положения

поршня в линии изменяется и фаза коэффициента отражения.

Простейший фазовращатель проходного типа представляет собой отрезок линии передачи длиной l, который имеет матрицу рассеяния вида:

1. 
   e^-jφ
   

e^-jφ 0

Входы фазовращателя согласованы, т.е. диагональные элементы его матрицы рассеяния равны нулю. Потери, вносимые такими фазовращателями, минимальны, т.е. модуль коэффициентов передачи матрицы рассеяния равен единице. Величина фазового сдвига, вносимого простейшим фазовращателем, определяется соотношением:

φ = – k_zl.
Отсюда следует, что φ зависит от длины линии l и постоянной распространения k_z. Изменяя одну из этих величин, можно изменять фазу φ. Общее выражение для k_z имеет вид:
k_z(2/)1  ( / _кр )² ²(2/_кр)².
Ферритовый фазовращатель. Он состоит из отрезка прямоугольного волновода, внутри которого помещен продольно подмагниченный ферритовый стержень.



Продольное магнитное поле в стержне создает соленоид, намотанный непосредственно на волновод. Величина фазового сдвига такого фазовращателя зависит от величины подмагничивающего поля, которое определяется величиной тока, протекающего через соленоид. При изменении тока в соленоиде изменяется и подмагничивающее поле, которое приводит к изменению магнитной проницаемости стержня и, следовательно, фазовой скорости проходящей волны.
Фазовращатели с плавным изменением фазы называются аналоговыми. Недостатком ферритового аналогового фазовращателя является низкая точность установки фазы и необходимость постоянного протекания управляющего тока через соленоид для поддержания требуемого фазового сдвига.
Наибольшее распространение на практике получили дискретные фазовращатели, которые по сравнению с плавными фазовращателями имеют высокое быстродействие, большую точность установки фазы и большую повторяемость характеристик при серийном производстве.
Фазовращатель – элемент тракта предназначенный для измерения фазы отраженной или проходящей волны. Используются в том числе и в фазированных антенных решетках. Осуществляет поворот сигнала.

По типу волн:

• 
  Отражательный
  
• 
  Проходные
  

По физическому принципу:

• 
  механические
  
• 
  электрические
  
• 
  электромеханические
  

по изменению фазы

• 
  с плавным изменением
  
• 
  с дискретным изменением
  

по способу включения в тракт

• 
  коаксиальные
  

• 
  волноводные
  
• 
  полосковые
  

Электрические параметры:
1)максимальный управляемый фазовый сдвиг

2)рабочий диапазон частот

3)вносимые потери

4)максимальный ксв

5)максимальный уровень мощности

6)время переключения
Отражательный – 2хполюсник с регулярной фазой, коэфф отраж близок к 1. В идеале – это переменной реактивное сопротивление, образованное кз или разомкнутыми шлейфами с перестраиваемой длиной.

Проходной – согласованный 4хполюсник, в идеале – реактивный, обладающий переменной фазой коэфф передачи.
Простейший Фазовращатель – фазосдвигающая цепь, состоящая из резистора и конденсатора или резистора и катушки индуктивности. Такие Фазовращатели обычно используют для создания фиксированного фазового сдвига в пределах от 0 до 90°.

Более совершенный Фазовращатель, выполненные в виде мостовой цепи из 3 резисторов и 1 конденсатора, которые обеспечивают регулируемый сдвиг в пределах от 0 до 180° (при мало изменяющейся величине выходного сигнала).

Применяют также транзисторные (ламповые) мостовые Фазовращатели, в состав которых входит фазоинвертор с разделённой нагрузкой; такие Фазовращатели дают сдвиг фазы на 180°.

В диапазоне дециметровых и более коротких волн применяют Фазовращатель, собранные из отрезков коаксиальных линий и волноводов.

Погрешность установки фазы в электромеханических Фазовращателях составляет 0,5–1°, в электронных 0,05–0,1°.

26.Фильтры на различных типах линий передач. Конструкции, электрические параметры, применение.
Фильтр-устройство для выделения желательных компонент спектра и/или подавления нежелательных.

Фильтры представляют собой пассивные 4 – полюсники, основной характеристикой которых является фильтрация - фильтрация вносимых потерь или фильтрация рабочего затухания.



В зависимости от поведения функции можно ввести классификацию фильтров:

1) ФНЧ



2) ФВЧ



3) ПФ



4) ЗФ



Фильтры:

• 
  Аналоговые и цифровые
  
• 
  Пассивные и активные
  
• 
  Линейные и нелинейные
  
• 
  Рекурсивные и нерекурсивные
  

По пропускаемости:

• 
  Низких частот
  
• 
  Высоких частот
  
• 
  Полосно-пропускающий
  
• 
  Полосно-заграждающий
  
• 
  Фазовый
  

Фильтры с распределенными параметрами (фильтры свч).

На сверхвысоких частотах сосредоточенные элементы (конденсаторы и катушки индуктивности) практически не используются, так как с ростом частоты их типичные для этого диапазона номиналы, а следовательно и габариты, уменьшаются настолько, что изготовление их становится невозможным. Поэтому применяются так называемые линии с распределёнными параметрами, в которых индуктивность, ёмкость и активная нагрузка равномерно или неравномерно распределены по всей линии. Так, элементарный ФНЧ, рассматриваемый в предыдущем разделе, состоит из двух сосредоточенных элементов, представляющих собой резонатор - в случае же распределённых параметров фильтр будет состоять из одного элемента-резонатора (например отрезка полосковой линии или металлического стержня).

Конструкции свч фильтров весьма разнообразны, и выбор конкретной реализации зависит от предъявляемых требований к устройству (значений рабочих частот, добротность, max затухание в полосе задерживания, расположение паразитных полос пропускания).

Проектирование фильтров на распределенных параметрах является достаточно сложным процессом, состоящим из двух этапов: получение электрических параметров, исходя из требований к устройству, получение габаритных параметров из полученных электрических. Ф используются в силовых электрических цепях для гашения помех, сглаживания пульсаций напряжения после выпрямителя. Так же в звуковой аппаратуре в многополосных эквалайзерах для корректировки АЧХ для разделения сигналов по частотам.

27.Вентиль. Конструкции, электрические параметры, применение.
В – общее название для устройств, сопротивление которых зависит от направления протекающего через них тока ( или полярности приложенного напряжения). Можно представить как ключ, который замыкается при одной полярности приложенного к нему напряжения, и размыкается при другой. У идеального вентиля проводимость при одном направлении тока бесконечна, в другом – равна нулю. В реальности сопротивление приборов, используемых в качестве вентиля, может быть не только конечным, но и может зависеть от величины напряжения на них и проходящего через них тока.

Вентили могут быть управляемыми и неуправляемыми. Управляемый отличается тем, что его откр/закр управляет не только приложенное напряжение, но и сигнал, подаваемый на дополнительный управляющий вход.

Вентили применяются для поглощения отраженных волн в ЛП, улучшая тем самым согласование различных элементов цепи.

Параметры:

1. 
   Затухание волн в прямом напр
   
2. 
   Затух в обр
   
3. 
   Полоса частот
   
4. 
   Ксв
   
5. 
   Тип и размеры волноводного тракта
   

Вентиль представляет собой устройство СВЧ, пропускающее без потерь мощность в прямом направлении со входа на выход и полностью поглощает мощность СВЧ, подведенную к его выходу. На эквивалентной схеме вентиль отображается в виде невзаимного четырехполюсника и имеет матрицу рассеяния вида:

0 0

e^-iφ 0

где φ – фазовый сдвиг, вносимый вентилем при прохождении волны со входа 1 на вход 2. Видно, что матрица рассеяния вентиля – несимметрическая и не унитарная. Следовательно, вентиль является невзаимным устройством СВЧ с потерями. Наибольшее распространение на практике получили резонансные вентили, вентили со смещением поля и поляризационные вентили.
Резонансный вентиль на прямоугольном волноводе с волной Н₁₀ состоит из ферритовой пластинки 1, размещенной параллельно продольной оси волновода на таком расстоянии от его узкой стенки, где амплитуды продольной и поперечной составляющих магнитного поля равны. В этом сечении вектор магнитного поля вращается в плоскости Н в направлении, задаваемом направлением распространения волны.

Поперечное подмагничивающее поле Н₀ создается постоянным магнитом 2. В основу работы такого вентиля положен эффект ферромагнитного резонанса. Для падающей волны в месте расположения феррита вектор магнитного поля вращается против часовой стрелки, что соответствует волне левого вращения. Такая волна распространяется по волноводу с ферритом практически без потерь. Отраженная волна в месте расположения феррита имеет вектор магнитного поля правого вращения и интенсивно поглощается ферритом. Диэлектрическая пластина 3 предназначена для расширения рабочей полосы частот вентиля. Недостатком резонансного вентиля является большая напряженность подмагничивающего поля Н₀ и, следовательно, большой вес постоянного магнита и самого вентиля.
Этот недостаток в значительной степени устраняется в вентилях, построенных на основе эффекта смещения поля. Конструктивно он выполняется так же, как и резонансный вентиль. Отличие состоит в том, что вместо диэлектрической пластины 3 боковая поверхность феррита покрыта радиопоглощающей пленкой.
Вентили используются как элементы развязки в трактах СВЧ, например, для устранения вредного воздействия отраженной волны на генератор СВЧ-колебаний.
КОРОТКО: Пропускает в одну и не пропускает в др. Принцип действия вентилей основан на том, что намагниченная ферритовая пластина является невзаимной средой. То есть при прямом прохождении волны вектор ее поляризации поворачивается из положения А в положение А΄, а при обратном прохождении, он не возвращается в исходное положение А.

28.Принцип декомпозиции анализа сложных устройств. Примеры.

Наиболее универсальным методом расчета электрических характеристик многополюсных устройств СВЧ является расчленение (декомпозиция) сложного устройства на ряд более простых, допускающих независимый анализ и характеризуемых теми или иными матрицами параметров. Такие устройства называют базовыми элементами. Если характеристики базовых элементов подвергнуты предварительному изучению и установлены номиналы величин, определяющие матрицу параметров каждого базового элемента, то анализ эл.характеристик сложной системы СВЧ сводится к проводимому по алгоритмам расчету матриц параметров для объединения двух и более базовых элементов. Простейшими базовыми элементами являются:

• 
  Резисторы
  
• 
  Конденсаторы
  
• 
  Катушки
  

При переходе к свч частотам выделение базовых элементов становится не столь однозначным.

Традиционный подход к декомпозиции СВЧ-устройств предусматривает замену каждого выделенного базового СВЧ-элемента некоторой схемой замещения.

Электродинамические расчеты ряда базовых элементов проделывают заблаговременно, а результаты представляют в виде приближенных формул и справочных таблиц, определяющих связь полиномов элементов схемы замещения с геометрическими размерами базового элемента, длиной волны и с параметрами магнитодиэлектриков.

Преимущества такого подхода – универсалиность, схожесть с теорией НЛ-цепей, а так же наглядность представлений о функционировании сложных СВЧ-устройств.

Недостатки-потеря точности при использовании упрощенных схем замещения и трудности в количественной оценке погрешностей расчета.
29.Многополюсники СВЧ: плоскости отсчета фаз, волновой и классический подходы описания, нормировка токов и напряжений, падающие и отраженные волны.

Устройство имеющее несколько входов в виде поперечных сечений подходящих к нему ЛП.

Сечения входов называются – плоскостями отсчета фаз.

Матрицы многополюсника определяют связь между электрическими режимами его входов. Режимы в плоскостях отсчета фаз могут быть как в терминах напряжений падающих и отраженных волн – это волновой подход, так и в терминах напряжений и токов – классический подход.

Различные типы СВЧ устройств можно описать с помощью падающих и отраженных волн, которые распространяются в подключенных к ним ЛП. Связь между этими волнами описывается волновой матрицей рассеяния или матрицей s-параметров.

Свойства многополюсников описываются с помощью N-уравнений, связывающих комплексные амплитуды падающих и отраженных волн.



Где a₁-a_{N –} комплексные амплитуды волн входящих в многополюсник ( падающие)

B1 – bn – амплитуды выходящих (отраженные)

Skk (k=1,2…) – коэффициент отражения по соответствующим входам многополюсника при подключении соответствующих нагрузок, по всем остальным входам.