Ответы электроника. Ответы на вопросы экзамена v2. Понятие антенна. Обобщенная конструкция антенны. Основные уравнения эмп. Классификация антенн в зависимости от длины волны
 Скачать 2.44 Mb.
|
|
43. Направленные ответвители. Мостовые устройства СВЧ. Направленный ответвитель — устройство для ответвления части электромагнитной энергии из основного канала передачи во вспомогательный. НО представляет собой два (иногда более) отрезка линий передачи, связанных между собой определённым образом, основная линия называется первичной, вспомогательная — вторичной. Для нормальной работы НО один из концов вторичной линии (нерабочее плечо) должен быть заглушён согласованной нагрузкой, со второго (рабочего плеча) снимается ответвлённый сигнал, в зависимости от того, какую волну в первичной линии надо ответвить — падающую или отражённую, выбирается, какое плечо вторичной линии будет рабочим. Радиочастотные направленные ответвители являются обратимыми, то есть при подаче мощности на связанную линию устройство работает как направленный инжектор (сумматор) мощности в основную линию. Направленные ответвители широко применяются в радиоэлектронике, в качестве самостоятельных устройств в кабельных и волноводных линиях, в СВЧ ваттметрах, приборах для измерения КСВ, коэффициента передачи, установках для поверки аттенюаторов и измерения ослаблений. Мостами СВЧ называют направленные ответвители с переходным ослаблением 3 дБ. Таким образом, мост делит мощность поровну между плечами. Различают следующие мостовые устройства СВЧ: волноводно-щелевые мосты в Н- и Е-плоскостях; кольцевой мост; двойной Т-мост; свернутый двойной Т-мост. Мосты СВЧ, являясь частным случаем направленных ответвителей, на эквивалентной схеме отображаются в виде восьмиполюсника. Волноводно-щелевой мост в Н-плоскости представляет собой два прямоугольных волновода, часто общей узкой стенки которых длиной l вырезается. В результате образуется широкий прямоугольный волновод с размерами поперечного сечения А. Размер А этого волновода выбирается таким образом, чтобы в нем распространяющимися были волны Н10 и Н20, т.е. л < A < 3л/2. При возбуждении плеча 1 волной Н10 в широком волноводе возбуждаются волны Н10 и Н20. 44. Электронные приборы СВЧ. Основные особенности. Применение и классификация. Приборы и устройства СВЧ предназначены для усиления, генерации и умножения частоты электромагнитных колебаний СВЧ- диапазона. Использование обычных электронных ламп (диодов, триодов, пентодов и др.) в диапазоне дециметровых и сантиметровых волн ограничивается главным образом инерцией электронов и влиянием распределенных реактивностей: междуэлектродных емкостей и индуктивностей вводов. Основные особенности электронных приборов СВЧ диапазона связаны с устранением влияния перечисленных факторов. -Первая особенность этих электронных приборов заключается в том, что сам прибор составляет единое целое с колебательной системой. Поэтому изучение принципа действия электронных приборов СВЧ, их параметров и характеристик невозможно в отрыве от колебательных систем, которые отличаются от резонансных систем, используемых в диапазоне длинных и средних волн. -Вторая особенность электронных приборов СВЧ состоит в том, что время пролета электронов от катода к электроду, собирающему отработанные электроны, используется для формирования электронного потока, а также для передачи энергии от электронов высокочастотному электрическому полю. Иначе говоря, принцип работы приборов СВЧ основан на полезном использовании времени движения электронов, которое может быть равно единицам и даже десяткам периодов рабочей частоты.  СВЧ-устройства широко применяются в технике военного и гражданского назначения, в системах радиолокации и радионавигации используются генераторные, усилительные, полосовые и преобразующие СВЧ-устройства. В антенно-фидерных трактах этих систем применяют фазовращающие, защитные и коммутационные устройства. Также используют аттенюаторы, ферритовые вентили, циркуляторы и другие СВЧ-устройства. Кроме того, СВЧ устройства применяются в системах связи, телекоммуникаций, радиоуправления и радиоэлектронной борьбы. 45. Клистроны. Физические процессы. Отражательные клистроны. Основные параметры. Область применения. Клистрон — электровакуумный прибор, в котором преобразование постоянного потока электронов в переменный происходит путём модуляции скоростей электронов электрическим полем СВЧ и последующей группировки электронов в сгустки (из-за разности их скоростей) в пространстве дрейфа, свободном от СВЧ-поля. Клистроны подразделяются на 2 класса: пролётные и отражательные.   Клистроны. Физические процессы. Пролётные клистроны. Основные параметры. Область применения. Клистрон — электровакуумный прибор, в котором преобразование постоянного потока электронов в переменный и последующей группировки электронов в сгустки (из-за разности их скоростей) в пространстве дрейфа, свободном от СВЧ-поля. Клистроны подразделяются на 2 класса: пролётные и отражательные. Пролётный Клистрон – это Клистрон, в котором электроны последовательно пролетают сквозь зазоры объёмных резонаторов. В зазоре входного объёмного резонатора происходит модуляция скоростей электронов: электрическое поле в нем периодически полпериода ускоряет, а следующие полпериода замедляет движение электронов. В пространстве дрейфа ускоренные электроны догоняют замедленные, в результате чего образуются сгустки электронов. Проходя сквозь зазор выходного объёмного резонатора, сгустки электронов взаимодействуют с его электрическим полем СВЧ, большинство электронов тормозится и часть их кинетической энергии преобразуется в энергию колебаний СВЧ. Основные параметры, характеризующие работу клистрона. Коэффициент усиления клистрона определяется отношением мощности на выходе клистрона к мощности на его входе. Коэффициент усиления двухрезонаторного клистрона обычно не превышает 20 дБ. Многорезонаторные клистроны позволяют получить коэффициенты усиления 50-70 дБ. Электронный КПД- отношение выходной мощности к затраченной Полоса пропускания, определяемая в процентах по отношению к средней частоте сигнала. Величина находится обычно по уровню половинной мощности. Важную роль в оценке свойств усилительного клистрона играет частотная характеристика, которая обычно определяется используемыми колебательными системами - резонаторами. Частотные свойства клистрона характеризуются полосой пропускания частот, которая не превышает 1-2% рабочей частоты. При расширении резонансной характеристики коэффициент усиления Кр уменьшается. Двухрезонаторные клистроны применяют для усиления в передатчиках СВЧ. Многорезонаторные клистроны используются в системах тропосферной и радиорелейной связи, в наземных станциях спутниковой связи, в телевизионных передатчиках, в выходных каскадах радиолокационных передатчиков, в установках промышленного нагрева. Магнетроны. Физические процессы. Основные параметры. Область применения. Магнетрон — электронный прибор, генерирующий микроволны при взаимодействии потока электронов с электрической составляющей сверхвысокочастотного поля в пространстве, где постоянное магнитное поле перпендикулярно постоянному электрическому полю. Наиболее популярных видом магнетрона является многорезонаторный магнетрон. Принцип действия магнетрона Весь анодный блок устанавливается в сильное магнитное поле, которое создаётся постоянными магнитами. Между катодом и анодом устанавливается высокое электрическое напряжение, при этом положительный полюс прикладывается к аноду. Электроны, которые вылетают из катода под действием электрического поля, двигаются в радиальном направлении к аноду, однако под влиянием магнитного поля меняют траекторию движения. При определённых величинах магнитного и электрического полей удаётся добиться такого состояния, когда электроны, описывая окружность, в итоге пройдя рядом с анодом, вновь возвращаются на катод, а на анод попадает только незначительная часть вылетевших электронов. Большая часть их возвращается обратно в область катода. Основными параметрами магнетронных генераторов являются выходная мощность, КПД, генерируемая частота и ее стабильность. Эти параметры зависят от электрического режима магнетрона, т.е. от анодного напряжения магнитной индукции, анодного тока и проводимости подключенной к магнетрону нагрузки, которая в общем случае имеет комплексный характер. Магнетроны широко применяются в радиотехнических системах различных назначения (в радиолокации и навигации, радиоастрономии, метеорологии, связи), в промышленных и научных СВЧ-установках, в бытовых СВЧ-печах, в медицинской и др. аппаратуре, для высокочастотного нагрева, для ускорения заряженных частиц. В основе действия магнетрона лежит взаимодействие сильных электрических и магнитных полей, результатом чего является генерация колебаний высоких частот. Замедляющие системы. Лампы бегущей волны. Область применения. Замедляющая система- устройство, формирующее и канализирующее электромагнитные волны с фазовой скоростью, меньшей скорости света в вакууме (замедленные волны), и обеспечивающее их длительное, синхронное взаимодействие с потоками заряженных частиц. Основные области применения ЗС: электронные СВЧ-приборы с длительным взаимодействием (лампы бегущей волны, лампы обратной волны, магнетроны, некоторые разновидности мазеров на циклотронном резонансе), синхротронные и линейные ускорители, сепараторы заряженных частиц. ЗС применяются также в качестве антенн бегущей волны, линий задержки, электрических фильтров, фазовращателей. Лампа бегущей волны (ЛБВ) — электровакуумный прибор, в котором для генерирования и/ или усиления электромагнитных колебаний СВЧ используется взаимодействие бегущей электромагнитной волны и электронного потока, движущихся в одном направлении. Принцип действия ЛБВ основан на механизме длительного взаимодействия электронного потока с полем бегущей электромагнитной волны. Электронная пушка формирует электронный пучок с определенным сечением и интенсивностью. Скорость электронов определяется ускоряющим напряжением. С помощью фокусирующей системы, создающей продольное магнитное поле, обеспечивается необходимое поперечное сечение пучка на всем пути вдоль замедляющей системы. Лампы бегущей волны предназначены для широкополосного усиления СВЧ-колебаний в диапазоне от 300 МГц до 300 ГГц, а также для преобразования и умножения частоты. Маломощные ЛБВО применяются во входных усилителях, средней мощности — в промежуточных усилителях, большой — в выходных усилителях мощности СВЧ колебаний. Фильтры СВЧ. Согласующие устройства как фильтры. Фильтры предназначены для подавления колебаний одних частот и пропускания колебаний других. Используются в приемниках для подавления сигналов помех, частоты которых лежат вне рабочей полосы приемника, для подавления гармоник излучения мощных передатчиков, для разделения или сложения сигналов с различными частотами в схемах диплексеров и мультиплексеров, для решения вопросов электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств, для целей согласования при соединении элементов с различными сопротивлениями. Основные характеристики: полоса пропускания и допустимый уровень затухания в полосе пропускания; полоса заграждения. В зависимости от взаимного расположения полос пропускания и затухания фильтры делятся на фильтры нижних (ФНЧ) и верхних (ФВЧ) частот, полосно-пропускающие (ППФ) и полосно-заграждающие (ПЗФ). В конструкции фильтров СВЧ используют коаксиальные, волноводные, полосковые и микрополосковые линии передачи. Широкополосные согласующие цепи являются структурами со свойствами фильтра. Для согласования нагрузки, имеющей реактивную составляющую, в полосе частот оптимальная согласующая цепь должна иметь характеристику, подобную характеристике фильтра. Любая степень согласования нагрузки за пределами требуемой полосы частот (даже очень малая) ведёт к ухудшению согласования в заданной полосе. Иными словами, чем выше крутизна характеристики затухания согласующей цепи, тем лучше согласование в требуемой полосе можно обеспечить. СВЧ-диоды (диоды Ганна, туннельные, лавинно-пролетные, p-i-n). Физические процессы. Разновидности. Основные параметры. Область применения. Диод Ганна — тип полупроводниковых диодов, в полупроводниковой структуре не имеет p-n-переходов и используется для генерации и преобразования колебаний в диапазоне СВЧ. Основные характеристики диода Ганна: КПД - уровень наибольшего значения по данному показателю не превышает 20-ти процентов. Увеличить его возможно применяя усложнённые колебательные системы. Pвых - ограничивается условиями электрических процессов. Максимальная мощность прямо пропорциональна частоте. Если мощность достаточно велика, то размер амплитуды колебаний может быть сопоставлен с показателем постоянного диодного напряжения. Применяется в радиосвязи, радиолокации, в качестве генератора СВЧ, детектора, СВЧ-передатчика Туннельный диод — полупроводниковый диод на основе вырожденного полупроводника, на вольт-амперной характеристике которого при приложении напряжения в прямом направлении появляется участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением, обусловленный туннельным эффектом (позволяет электронам преодолеть энергетический барьер). Применяются в качестве предварительных усилителей, генераторов и высокочастотных переключателей Лавинно-пролётный диод — диод, основанный на лавинном умножении носителей заряда. Активная составляющая комплексного сопротивления на малом переменном сигнале в определённом диапазоне частот отрицательна. На ВАХ лавинно-пролётного диода, в отличие от туннельного диода, отсутствует участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением. Рабочей для лавинно-пролётного диода является область лавинного пробоя. Лавинно-пролётные диоды применяются в основном для генерации колебаний в диапазоне СВЧ. PIN-диод — разновидность диода, в котором между областями электронной (n) и дырочной (p) проводимости находится собственный полупроводник (i-область). p и n области как правило легируются сильно, так как они часто используются для омического контакта к металлу. Применяются в аттенюаторах (ослабителях сигнала), быстрых переключателях, фотодетекторах, в высоковольтной электронике, используются как модуляторы и фотодетекторы. Транзисторы СВЧ. Пути повышения рабочей частоты. Транзисторы с барьером Шоттки. Транзистор- радиоэлектронный компонент из полупроводникового материала, обычно с тремя выводами, способный от небольшого входного сигнала управлять значительным током в выходной цепи, что позволяет использовать его для усиления, генерирования, коммутации и преобразования электрических сигналов. СВЧ транзистор-это транзистор, который может работать на СВЧ Пути повышения рабочей частоты: 1) Уменьшать время пролета инжектированных носителей в базовой области: а) уменьшать ширину базовой области WБ; б) создавать n-р-n транзисторы, так как подвижность электронов выше, чем у дырок, примерно в 2 раза; в) использовать германиевые БТ, так как в германии подвижность носителей выше. Еще большие возможности открывает использование арсенида галлия. 2) Создавать ускоряющее поле в базовой области для инжектированных из эмиттера носителей. 3) Уменьшать барьерные емкости эмиттерного и коллекторного переходов путем уменьшения сечения областей транзистора и увеличения ширины переходов (выбором концентрации примесей и рабочего напряжения). 4) Уменьшать омическое сопротивление областей базы. 5) Уменьшать время пролета носителей в области коллекторного перехода. Барьер Шоттки — потенциальный барьер, появляющийся в приконтактном слое полупроводника, граничащего с металлом, равный разности работ выхода (энергий, затрачиваемых на удаление электрона из твёрдого тела или жидкости в вакуум) металла и полупроводника. Транзистор Шоттки — электронный компонент, представляющий собой комбинацию из биполярного транзистора и диода Шоттки. Транзистор Шоттки получается подключением диода Шоттки между базой и коллектором биполярного транзистора, причём для создания n-p-n транзистора Шоттки к биполярному n-p-n транзистору подключается диод Шоттки анодом к базе, а катодом к коллектору, а p-n-p транзистор Шоттки - подключением к биполярному p-n-p транзистору диода Шоттки катодом к базе и анодом к коллектору. Транзисторы с барьером Шоттки характеризуются большим коэффициентом усиления, малым инверсным коэффициентом усиления и высоким быстродействием. Однако для них характерны повышенное падение напряжения в режиме насыщения и увеличенная емкость коллекторного. |