Линии передачи, их классификация и основные характеристики, режимы работы

Лекция 3. Устройства СВЧ

 

Учебно-воспитательные цели:

Обучающие: ознакомление с функциями устройств СВЧ и антенн, выполняемыми в аппаратуре радиотехнических систем (РТС), с основами теории линии передачи СВЧ, их характеристиками, режимами работы, способами и устройствами согласования с нагрузкой.

Развивающие: развитие способности самостоятельно получать новые знания о принципах построения и функционирования радиотехнических устройств и систем.

Воспитательные: воспитание желания целеустремленно и самостоятельно заниматься сбором и анализом информации, а также системного подхода к процессу самообразования.

Время: 2 часа.

Учебные вопросы и расчет времени:

№	Учебные вопросы	Время, мин
	Организационная часть
	Вступительное слово
	Структурная схема РТС, роль и место устройств СВЧ и антенн в РТС Линии передачи, их классификация и основные характеристики, режимы работы Согласование линии передачи с нагрузкой Устройства узкополосного и широкополосного согласования
	Подведение итогов
	Ответы на вопросы Выдача задания на самоподготовку

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА:

 

Основная:

1. Бокова О.И. Устройства СВЧ: учеб. пособие / О.И. Бокова, Р.Н. Андреев, А.И. Климов; под ред. Н.С. Хохлова. – Воронеж: Воронежский институт МВД России, 2008. – 167 с.

Дополнительная:

2. Замотринский В.А. Устройства СВЧ и антенны. Часть 1. Устройства СВЧ [Электронный ресурс]: учебное пособие/ Замотринский В.А., Шангина Л.И. – Электрон. текстовые данные. – Томск: Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, 2012.– 222 c. – Режим доступа: http://www.iprbookshop.ru/13996.– ЭБС «IPRbooks».

3. Климов А.И. Устройства СВЧ и антенны. Часть 1. Устройства СВЧ: метод. указ. к лабораторным работам – Воронеж: Воронежский институт МВД России, 2012. – 78 с.

Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети «Интернет»

4. URL: http://www.iprbookshop.ru/ – Электронно-библиотечная система IPRbooks.

Текст лекции

Структурная схема РТС, роль и место устройств СВЧ и антенн в РТС

 

Постоянно возрастающие потребности общества в средствах пере­дачи, приема и обработки информации диктуют необходимость более эф­фективного использования уже достаточно освоенных диапазонов радио­частот и, в том числе, продвижения в область сверхвысоких (СВЧ) и крайне высоких частот (КВЧ). Прогресс в этом направлении неразрывно связан с совершенствованием элементной базы и методов проектирования радиотехнических устройств и систем различного назначения диапазонов СВЧ и КВЧ. Поэтому с 40-х годов прошлого столетия в радиотехнике по­степенно выделилась и начала интенсивно развиваться новая область – устройств СВЧ и антенн. Уже тогда выяснилось, что известные в то время линии передачи и устройства управления параметрами электромагнитных колебаний с ростом частоты утрачивали эффективность или, в силу физических принципов их дейст­вия, становились непригодными для выполнения названных выше функ­ций. Таким образом, в арсенале радиотехнических устройств появились новые линии передачи электромагнитных колебаний, например металли­ческие и диэлектрические волноводы, полосковые и микрополосковые ли­нии, ферритовые и полупроводниковые управляющие устройства. Изучению принципов построения и функционирования данных устройств, их параметров и характеристик, основ электрического расчета и практического применения и посвящается первый раздел дисциплины «Устройства СВЧ и антенны» (УСВЧА). Устройства СВЧ и антенны являются неотъемлемой частью любой РТС (рисунок).

 

Линии передачи, их классификация и основные характеристики, режимы работы

 

Линией передачи СВЧ называется совокупность тел, осуществляющих передачу (канализацию) электромагнитной энергии в определенном направлении без излучения в окружающее пространство. Направление распространения электромагнитных колебаний определяется взаимным рас­положением их источника и нагрузки ли­нии передачи. Источником электромагнитных колебаний может слу­жить, например, радиопередающее устройство или приемная антенна; нагрузкой линии передачи может быть передающая антенна, входная цепь радиоприемника и др.

К устройствам СВЧ относятся устройства, обеспечивающие трансформацию сопротивлений и согласование, фильтрацию, направленную передачу, сложение и деление мощностей СВЧ колебаний и другие функции. Во многих случаях устройства СВЧ строятся на основе отрезков линий передач. Совокупность устройств СВЧ, соединенных определенным образом, образует тракт СВЧ.

Различают регулярные и нерегулярные линии передачи. Регуляр­ная линия передачи характеризуется постоянством размеров поперечного сечения и электромагнитных свойств заполняющей среды в продольном направлении. Если хотя бы одно из условий регулярности отсутствует, то такая линия является нерегулярной. Линия передачи, заполненная однородной средой, называется од­нородной, в противном случае линия считается неоднородной.

Линии передачи классифицируются по диапазонам частот. Принята и закреплена ГОСТами терминология, опреде­ляющая длины волн и частоты электромагнитных колебаний [1, 2]. Соответственно, диапазон СВЧ охватывает частотный интервал от 3 до 30 ГГц (сантиметровые волны). Однако ввиду большой общности принципов построения различных устройств и приборов в научной и технической литературе диапазоном СВЧ зачастую называют более широкий интервал – от 0,3 до 300 ГГц (дециметровые, сантиметровые и миллиметровые волны).

Линии передачи также классифицируютсяпо типам используемых волн: линии передачи с поперечной электромагнитной волной (Т-волной); линии передачи с магнитной волной ( Н-волной);линии передачи с электрической волной (Е-волной );линии передачи с гибридной волной.

Направив ось z прямоугольной системы координат вдоль линии передачи, каждый тип волны можно определить условиями, представ­ленными в табл. 1 и накладываемыми на продольные Е_z и Н_zсо­ставляющие векторов электрического и магнитного полей соответст­венно.

Из табл. 1 следует, что в Т-волне векторы напряженности элек­трического и магнитного полей лежат в плоскости, перпендикулярной направлению распространения; в Н-волне вектор напряженности маг­нитного поля имеет продольную и поперечную составляющие, а вектор напряженности электрического поля имеет только поперечную состав­ляющую; вЕ-волне вектор напряженности электрического поля имеет продольную и поперечную составляющие, а вектор напряженности магнитного поля лежит в плоскости поперечного сечения линии передачи; в гибридной волне векторы напряженности электрического и магнитно­го полей имеют и продольные, и поперечные составляющие.

 

Таблица 1

 

Тип волны	Условия на продольные составляющие полей
Т	ЕZ = 0, Hz = 0
Н	ЕZ = 0, Hz ≠ 0
Е	ЕZ ≠ 0, Hz = 0
Гибридные волны (типа ЕН и НЕ)	ЕZ ≠ 0, Hz ≠ 0