Устройства СВЧ

Министерство образования Российской Федерации

Уральский Государственный Технический Университет - УПИ

Кафедра "ВЧСРТ"

Реферат

по курсу

«Техническая электродинамика»

Преподаватель: Князев С.Т.

Студент: Черепанов К.А.

Группа: Р-307

Екатеринбург

2002

Содержание

1 СОГЛАСОВАННЫЕ НАГРУЗКИ ДЛЯ ЛИНИЙ ПЕРЕДАЧИ 2

2 РЕАКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ 4

2.1 ПОРШНИ 4

2.2 ДИАФРАГМЫ 5

2.3 ШТЫРИ 7

3 РАЗЪЕМЫ И СОЧЛЕНЕНИЯ В ТРАКТАХ СВЧ 8

3.1 СОЕДИНИТЕЛИ ВОЛНОВОДНЫХ ТРАКТОВ 8

4 ПОВОРОТЫ ЛИНИЙ ПЕРЕДАЧИ 10

5 ПЕРЕХОДЫ МЕЖДУ ЛИНИЯМИ ПЕРЕДАЧИ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ 11

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 16

1 СОГЛАСОВАННЫЕ НАГРУЗКИ ДЛЯ ЛИНИЙ ПЕРЕДАЧИ

Одним из наиболее распространенных элементов трактов яв¬ляются согласованные нагрузки, предназначенные для поглощения передаваемой по линии СВЧ - мощности. Согласованные нагрузки применяют также в качестве эквивалентов антенн при настройке передающей аппаратуры и в виде меры сопротивления в измери¬тельных СВЧ - устройствах (например, в установках для измерения матриц рассеяния многополюсников).

Основной электрической характеристикой согласованной на¬грузки является величина модуля ее коэффициента отражения (или соответствующие величины КБВ или КСВ) в заданной полосе частот. На практике возможно создание нагрузок с | |0,01 в относительной полосе частот f c/fo=20-30 % и более. Ввиду ма¬лости | | требования к фазе коэффициента отражения от нагруз¬ки не предъявляются, и эта фаза может иметь любую величину в интервале от 0 до 2 .

Важной характеристикой нагрузки является величина допусти¬мой поглощаемой мощности. Существуют нагрузки для низкого уровня мощности (1 Вт) и нагрузки, предназначенные для вы¬сокого уровня мощности.

Конструктивное выполнение нагрузок зависит от типа линии передачи, диапазона частот и уровня мощности. Различают сосре¬доточенные и распределенные нагрузки, причем последние пу¬тем увеличения размеров и массы могут быть выполнены на боль¬шую мощность.

В коаксиальном тракте простейшей нагрузкой является сосре¬доточенный резистор с сопротивлением, равным волновому сопро¬тивлению линии передачи. Однако на сантиметровых волнах раз¬меры резистора соизмеримы с длиной волны, входное сопротив¬ление становится частотно-зависимым и качество согласования заметно ухудшается. Для снижения коэффициента отражения и расширения рабочей полосы частот коаксиальные нагрузки сантиметрового диапазона волн часто выполняют в виде отрезков нерегулярной линии передачи с потерями. Поглощающие элементы в таких нагрузках могут быть объемными или в виде тонких поглощающих пленок. Коаксиальная нагрузка с объемным поглощающим элементом в виде конуса показана на рис.1, а. Хоро¬шее качество согласования в этой конструк¬ции достигается при длине поглощающего элемента 1.

Более распространены коаксиальные на¬грузки с поглощающими элементами в виде керамических цилиндров, покрытых металлооксидными или углеродистыми проводя¬щими пленками. Толщину пленки выбирают малой по сравнению с глубиной погруже¬ния тока, поэтому поверхностное сопротив¬ление пленки почти не зависит от частоты. Чтобы входные сопротивления коаксиальных нагрузок с цилиндрическими поглощаю¬щими элементами были чисто активными и почти не менялись в значительном интер¬вале частот, такие нагрузки снабжают не¬регулярными металлическими экранами со специально подобранными профилями и раз¬мерами.

На рис.1, б показана коаксиальная на¬грузка с экраном ступенчатой формы. Найде¬но, что оптимальное качество согласования при .61получается при выборе уменьшенного диаметра экрана в соответствии с соотношением: , где ZB — волно¬вое сопротивление основного коаксиального волновода. Длина уступа внешнего проводника должна быть несколько меньше длины пле¬ночного поглощающего элемента.

Наиболее широкополосные коаксиальные нагрузки имеют внеш¬ний экран воронкообразной формы (рис.1, в). Например, при выборе формы экрана в соответствии с уравнением r(г)=аеАг (где а — диаметр внутреннего проводника коаксиального волновода; А — константа) нагрузка оказывается работоспособной при А>l. Суще¬ствуют и более широкополосные коаксиальные нагрузки, экран ко¬торых имеет профиль в виде специальной кривой — трактрисы.

Согласованные нагрузки для полосковых линий передачи представляют собой тонкопленочные полоски из резистивных материа¬лов, нанесенные на полосковую плату и закороченные с одного конца на экран полосковой линии. Толщину полоски подбирают в несколько раз меньше глубины проникновения тока, а длина по¬лоски может быть малой по сравнению с длиной волны. Однако из-за небольшой площади теплоотвода такие сосредоточенные на¬грузки выдерживают лишь небольшую мощность. Для увеличения рассеиваемой мощности нагрузки выполняют в виде протяженных (l~) отрезков регулярных или нерегулярных линий передаче с потерями.

Рис. 1 Коаксиальные согласованные нагрузки

При этом необходим специальный подбор формы поглощающей поверхности. В полосковых узлах СВЧ применяют также навесные нагрузки в виде керамических пластинок или стержней с нанесенным пленочным поглощающим покрытием. На полосковых платах при выполнении нагрузок и в других случаях части возникают трудности с осуществлением короткого замыкания полосковых проводников на экраны полосковых линий. При узкой полосе частот f c/fo=5-8% эти трудности преодолевают применением четвертьволновых разомкнутых шлейфов, обладающих близким к нулю входным сопротивлением.

Волноводные согласованные нагрузки выполняют в виде погло¬щающих вставок переменного профиля в отрезке короткозамкнутого волновода. В маломощных нагрузках вставки имеют вид тонких диэлектрических пла¬стин, покрытых графитовыми или металлическими пленками (рис.2, а). Объемные погло¬щающие вставки (рис.2, б, в, г) с большой мощностью рассеивания выполняют из композитных материалов на основе порошков графита, карбонильного железа или кар¬бида кремния.

Рис. 2 Волноводные согласованные нагрузки

Для уменьше¬ния отражений поглощающим вставкам придают вид клиньев или пирамид. Наименьшие отражения в широкой полосе частот обеспечиваются от вставок, входная часть которых имеет форму экспоненциального клина в плоскости вектора Е. Для устранения отражения от короткозамыкателя вставка должна вносить ослабление 20—25 дБ. Для улучшения теплоотвода площадь сопри¬косновения вставки со стенками волновода делают максимальной, а внешнюю поверхность волновода снабжают радиатором.

2 РЕАКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Реактивные нагрузки, применяемые в качестве мер при измере¬ниях на СВЧ, а также в согласующих и управляющих устройст¬вах СВЧ, должны обладать стабильным нормированным входным сопротивлением, величина которого может быть строго рассчитана по геометрическим размерам. В качестве реактивных двухполюс¬ников обычно используют короткозамкнутые отрезки закрытых ли¬ний передачи, иначе говоря короткозамкнутые шлейфы. Реактив¬ное сопротивление короткозамкнутого шлейфа определяют по фор¬муле , где ZВ — нормированное волновое сопротивление;  - коэффициент фазы, l - длина шлейфа. Основным параметром, характеризующим качество реального шлейфа, является величина входного КСВ, которая должна быть как можно более высокой. В нерегулируемых коаксиальных или волноводных шлейфах с не¬подвижным запаянным поршнем КСВ может достигать. 500 и бо¬лее. В регулируемых шлейфах с подвижными поршнями значения КСВ из-за дополнительных потерь в контактах получаются ниже, однако, как правило, превышают 100. Холостой ход в шлейфах, т.е. размыкание выхода, может быть реализован только в закрытых многопроводных линиях передачи, когда устранено излучение.

2.1 Поршни

Возможные конструктивные решения подвижных короткозамыкающих поршней для прямоугольных волноводов показаны на рис. 3 для продольных сечений, параллельных узкой стенке волновода. В первой конструкции (рис. 3, а) разрезные пружинные контакты А вынесены от закорачивающей стенки В внутрь вол¬новода на расстояние в/4. По¬этому контакты оказываются в сечении волновода с нулевы¬ми значениями продольного тока на стенках волновода, и неидеальность контактов не приводит к потерям мощно¬сти.

Рис. 3 Волноводные короткозамыкающие поршни:

1 — волновод; 2 — поршень; 3 — тяга

Во второй конструкции поршня (рис. 3,б) механические кон¬такты А включены в волновод через два трансформирующих от¬резка линии передачи с низкими значениями нормированного волнового сопротивления ZВ1 и ZВ2. Предполагая, что активное сопро¬тивление контактов в точке А равно rА, и применяя дважды фор¬мулу пересчета сопротивления через четвертьволновый