Соизмеримость геометрических размеров конструкций элементов и узлов радиоаппаратуры с длинами волн СВЧ диапазона приводит к существенным изменениям в происходящих физических явлениях и к значительным количественным и качественным изменениям электрических свойств используемых радиоматериалов.
Это обусловливает ряд конструктивных особенностей СВЧ приемников среди которых можно выделить следующие:
- размеры конструкций СВЧ устройств определяются с учетом полураспределенных и распределенных параметров;
- параметры элементов и узлов определяются структурой электромагнитного поля, что требует от конструкций выполнения условий, обеспечивающих стабильное возбуждение нужной структуры поля;
- основные характеристики находятся в прямой зависимости от геометрических размеров конструкций, что часто вызывает необходимость применения жестких допусков при изготовлении;
- ряд важных характеристик улучшается при высоком качестве обработки и соответствующем покрытии поверхностей, соприкасающихся с электромагнитным полем, что требует проведения сложных и дорогостоящих операций полирования, серебрения, покрытия специальными лаками;
|
|
- способность к интенсивному излучению, вредное биологическое влияние вызывают необходимость предъявления особо жестких требований к электрогерметичности;
- протекание токов по тонкому слою металлической поверхности позволяет изготавливать СВЧ устройства из дешевых неметаллических материалов с последующей металлизацией поверхностей, соприкасающихся с электромагнитным полем;
- в конструкциях приемников усиление и обработка сигналов выполняются, в основном, на промежуточных и низких частотах, поэтому СВЧ узлы входят лишь во входную часть приемника до преобразования или детектирования первоначального сигнала;
- антенно-фидерные устройства полностью комплектуются из узлов, представляющих собой конструкции, характерные для СВЧ диапазона.
В приемниках СВЧ диапазона приходится применять другую элементную базу и материалы для основных узлов и, в первую очередь, для преселектора и преобразователя частоты. Это прежде, всего относится к резонансным системам и электронным приборам усилительных каскадов и самим принципам усиления. Обычные резонансные системы нельзя выполнить в диапазоне СВЧ. Не могут быть использованы и обычные лампы и транзисторы, так как они не обеспечивают устойчивой работы в этом диапазоне. Поэтому в качестве резонансных систем преселектора применяются отрезки коаксиальных линий, объемные резонаторы и волноводы.
Общим свойством всех этих элементов является способность резонировать на большом количестве собственных частот. Для нормальной работы таких элементов необходимо обеспечить полное согласование с фидером и электронным прибором. Так, линии передач обычно делают из меди, латуни, нержавеющей стали, алюминия. Латунные волноводы предпочтительны, так как они хорошо обрабатываются, спаиваются и имеют небольшое затухание. Уменьшить потери в волноводах можно гальваническим покрытием их медью или серебром. Если затухание не играет роли, то используют нержавеющую сталь. Волноводы больших поперечных размеров делают из алюминия.
|
|
Основным материалом для резонаторов СВЧ является бескислородная медь. Она обладает высокой тепло- и электропроводностью, хорошо механически обрабатывается, неферромагнитна, хорошо спаивается и сваривается. Для изготовления отдельных частей резонаторов используют сплав ковар (54% железа, 28% никеля, 18% кобальта), с помощью которого обычно образуют вакуумноплотные спаи со стеклом и керамикой из-за близости их коэффициентов линейного расширения.
В лампах бегущей волны (ЛБВ) и в выводах энергии приборов применяют стекло. Для закрепления внутренних деталей электронных приборов используют высокотемпературные глазури и вакуумный цемент.
При создании поглощающих нагрузок используют диэлектрики с малым значением диэлектрической проницаемости. К ним относятся графит, асбест, смесь порошка железа с керамическим или бакелитовым наполнителем и др.
Усиление СВЧ колебаний обычным усилительным каскадом, включающим в себя отдельные резонансную систему и электронный прибор (ЭП), возможно на частотах метрового и части дециметрового диапазонов волн. На частотах же сантиметрового диапазона используются усилительные элементы, работающие на новых принципах усиления. В качестве элементной базы могут использоваться как полупроводниковые приборы СВЧ (СВЧ транзисторы, диоды Ганна, лавинопролетные и туннельные диоды, а также варакторные диоды полупроводниковых параметрических усилителей), так и лампы бегущей волны, клистроны.
В некоторых приемниках отсутствуют усилители высокой частоты, и входное устройство работает непосредственно как смеситель, выполняемый обычно на специальных полупроводниковых диодах. В схемах гетеродинов сантиметрового диапазона используются отражательные клистроны, малогабаритные и маломощные магнетроны, лампы обратной волны и другие электронные приборы. Общим недостатком всех перечисленных элементов является возможность их перестройки в небольших пределах, что ограничивает диапазон рабочих частот приемника. При необходимости перекрытия достаточно широкого диапазона частот в приемниках используется несколько отдельных блоков ВЧ, каждый из которых «перекрывает» небольшой поддиапазон частот.
К элементной базе и устройствам приемников СВЧ предъявляются специфические требования:
- высокая точность изготовления, обусловленная зависимостью электрических параметров устройств от их геометрических размеров;
- высокое качество обработки токонесущих поверхностей, обусловленное получением минимальных потерь;
- отсутствие на токонесущих поверхностях окислов и загрязнений, приводящих к росту диэлектрических потерь;
- применение металлов с высокой проводимостью, что обеспечивает минимальные активные потери.