Устройства СВЧ и Антенны (Д.И. Воскресенский и др) (561333), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Они имеют многоконтурную эквивалентную схему. Подбирая размеры и количество щелей, удается создать требуемую частотную характеристику диафрагмы. Пример такой диафрагмы представлен на рис. 4.19. Рис. 4Л9. Трехщелевы диафрагма Рис. 4.20. Реактивные штыри в вошюводе и их эквнвзлентные схемы о- ннвткшвнмл шгмрг., б-смкосгноа вггегрь Реактивный штырь представляет собой металлический пилиндр небольиюго диаметра, размещаемый в поперечном сечении волновода параллельно или перпенликулярно силовым линиям электрического поля. В зависимости от расположения штыря в поперечном сечении волноаода и его размеров на эквивалентной схеме он может Ь быть представлен индуктивностью нли емкостью. На рис.
4.20 представлены рсактивнме штыри в волновале и их эквивалентные схемы. Значеггия '0 яоминалов элементов эквивалентных схем штырей Рнс. 4.21. Перестрвивымое ' пределяются по формулам, имеющимся в сира- соглвсуюгцееустрзйствоввндегрех ночной литературе. При неглубоком погружении штырей в волноводе ШтыРя в волновод параллсяьно силовым линиям электрического поля ои эквивалентен емкости (рис. 4.20,6).
Такие штыри используются в псрестраиваемом согласующем устройстве, эквивалентном трехшлейфовому согласователю (рис. 4.21). нелостаток емкостиых штырей состоит в том, что они снижают электрическую прочностыракта. УСТРОЙСТВА СВЧ Часть П Гпава 5 Основы теории устройств СВЧ 5.1. Особенности расчета устройств СВЧ Тракт СВЧ любой радиотехнической системы состоит нз большого числа различных устройств СВЧ.
К нх числу относятся отрезки линий передачи, разъемы, изгибы и скрутки, согласующие устройства, фазоаращатсли, фильтры СВЧ, делители мощности СВЧ, неезаимныс устройства СВЧ с использованием ферритоа, коммутирующие устройсгаа и т.п. Общим для этих н нм подобных устройств является то, что они принадлежат к классу устройств с раслредегенлымн лорииетраны. Геометрические размеры этих устройств сравнимы с длиной полны электромагнитлых колебаний. Эта определяет асю специфику расчета и проектироаания устройств СВЧ, так как процессы, происходящие а них, имеют волновой харакшер.
Теория устройсщ СВЧ тесно связана с элсктродииамикой и аюпочает а себя даа больших раздела; алагнз устрайста СВЧ н силмез устройста СВЧ Задача аналюа состоит а юучении елешннт харакшернсмнл устройств СВЧ, а также определения этих внешних характеристик из решения соотаетстауюшей внутренней зааячи метопами прикладной электродинамики или из эксперимента. Задача синтеза устройсга СВЧ состоит а определении структуры и геометрических рюмсроа элементов устройства СВЧ по заданным его характеристикам. Изучение внешних характеристик устройств СВЧ может пронзаоднться без конкретизации нх внутренней структуры. Это позволяет рассматривать устройство СВЧ как некий «черный ящика, имеющий определенное число выходящих из него линий передачи СВЧ.
Каждая из этих линий передачи также является усгройстаом с распределенными параметрами, для которого непременным яаляется аолноаай характер электромагнитных процессоа. Это приводит к необходимости фиксирааать продольные координаты поперечных сечений линий передачи или, как говорят, фиксировать «лсммные плоскости. Относительно этих клеммных плоскостей проводится отсчет фаз, а а некоторых случаях и амплитуд падающих и отраженных волн Смещение клеммпых плоскостей цдоль входных линий передачи приаоднт к изменению внешних характеристик устрайста СВЧ. В большинстве случаев ао аходных линиях передачи устройств СВЧ елинстаснной распространающейся волной является волна основного типа. Волны остальных типов находятся а закритическом режиме. Клеммные плоскости устройства СВЧ стремятся расположить таким образом, чтобы амплитудами закритических волн а них можно было бы пренебречь.
В дальнейшем будем рассматриаать ласси«лыс линейные устройстеа СВЧ. Устройстао СВЧ называется иасстмным, если а его состав ае входят шсгнаные преобразующие или усилиаающие элементы, например, транзисторы, электронные устройстаа СВЧ и т.п. Лилеяяость устройста СВЧ означает независимость его характеристик от подлодимой к нему мощности. Внешнис характеристики пассивных линейных устройста СВЧ связаны между собой системами линейных алгебраических ураанений. Ноэтому а теории устройств СВЧ гпироко используется математический аппарат щгорян мощ,еяч. 5,2. Матрычыое описание выешыых характерыстык устройств СВЧ В технике СВЧ при~щто каждому устройству СВЧ ставить а соответствие некоторый миогополюсник.
При этом каждой Распространягощейся волне ао аходных линиях передачи устройства СВЧ ставится а соответствие пара клемм этого зкаиаалентного многополюсника. В лаяьнейшем булем считать, что ао ахолных линиях передачи распространянпся лишь волны осноаных типов. Тогда число пар клемм экаиаалеитного .многополюсника совпадает с числом ахалных линий передачи устройства СВЧ. Входы устройства СВЧ представляют собой поперечные сечения аходиых линий передачи. На каждой парс клемм эквивалентного многополюсника (рнс. 5.1) могут быть опрсделены комплексные напряжения к„и токи 1,.
Способы задания эканаааалентных напряжений н токоа могут быль различные, Чщце асего и„и Ь определяют как амллиту- ды поперечных составляющих электрического Е„, и мапгитного Н,„полей на соотаетсгауюшем аходс устройства СВЧ: Е,„=а„е„, Н =~'„Ь„, и=1, 2, Л (5 Н Рне.5.1.Мнагаяаяюсник,эхаянаяентный устройству СВЧ где е„, Ь„ — собственные электрические и магнитные паперечнме функции основной аалнм л-й входной линии передачи; У— количестао ахолоа устройства СВЧ.
Функции е„и Ь„заансят от координат поперечного сечения и -й линии передачи и определяют распределение поперечных состааляющих полей а этом сечении. Эти функции для каждого типа линии передачи известны. Аналитические лыражсния лля них приведены а любом учебнике по электродинамике. В соотношения (5.1) зкаиаалентиые напряжения и токи ахолят а нормированном аиде. В теории устройств СВЧ принято нормированные так г„ и напряжение и„ саязыаать с ненормироааннымн значениями тока 1„, юмеряемого а амперах, и напряжения у„, измеряемого а вольтах, соотношениями я„=и„/,Щ, „=(„,/ГУ„, =1, 2,, Л, (5.2) где И'„— характеристическое сопротиаленис осноаной волны а л -й линии передачи.
Единицы измерения нарын)юаанньгх тока и напряжения а соотаетстаии с (5.2) одинакоаы (Вт'") Так как напряженность электрического поля измеряется а В!м, а магнитного поля — а Аум, из (5Л) определяются единицы измерения функций е„— ды Ум и ܄— (Омш м) '. Поперечные составляющие полей (5.1) а поперечном сечении и-й линии передачи складываются из поперечных составляющих полей падающей в устройство СВЧ и отраженной от него волн. Обозначив комплексные амплитуды падающей и отраженной волн на рассматриваемом входе через а„и Ь„соответственно, из (5.1) получим и„=о„+Ь„,~ п=1, 2, ..., У.
г„= а„— Ь„, (5.3) В этих выражениях о„и Ь„также измеряются а Втга. Знак «минусн а выражении для эквивалентного нормированного тока обусловлен тем, что поперечная составяяюшая вектора магнитного поля отраженной волны имеет противоположную ориентацию по сравнению с поперечной составляющей вектора магнитного поля падающей волны.
В выражениях (5.3) о„и Ь„входят в нормированном виде: а.,~Р— .е"-,1 и=1, 2,..., Ьг, Ь„= Ь(р„е'"-',) (54) (5.5) К основньш внешним характеристикам устройства СВЧ относятся матрица сопротивтений Х, матрица проводимосмеи У, матрица рассеяния Я, «васс»ческая матрица передачи Т и волновая матрица передач» () . Кюкдая из этих матриц связывает линейной зависимостью входные воздействие и реакцию иа них устройства СВЧ. Матрицы сопротивлений и проводимостей.
Матрицы сопротивлений и проводимостей связывают линейными соотношениями напряжения и токи в клеммных плоскостях эквивалентного многопошосника: и =и, 1=Уи. (5.6) В развернутом виде эти соотношения можно записать так г1еп + гз п + гнг|н из — — г,гп + Гзхп '~ "' ьгнвзн Я и 13 хгн гз~ ги ' гзн ин ='рн1 +Геена э "' +'ненн где Р„„, Р„, — машности падающей и отраженной впзн иа и-м входе устройства СВЧ; р„„и, р„, — фазы падающей н отраженной волн на этом же входе. Представим множттао значений и„, Г„, о„и Ь„(и=1, 2, ..., Ф) в виде матриц, состоящих из одного столбца. Матрицу, сосгояшую из одного столбца, будем называть во»торам-ставбцом или просто статбцаи.
Таким образом, определены столбцы напряжений и, токов г, амплитуд падающих а и отраженных Ь воли: г~ = н~Уц азу~э "; " елкуш 1)~ Уц "' Уш Уп Уп " Утл ~2 к~Уз ~ нтУ2 " ' ! к~Угл кч 'л =л~Улг+кзулг" '" чллУлх Ую Ум 2 Уьгг Отаода следует, что матрицы Х и Х вЂ” квадратные и имеют порядок гц, равный чисду пар клемм эквивалентного многополюсника. Так как в (5.б) эквивалснтныс напряжения н токи имеют одинаковые единицы измерения — Вт'", элементы матриц Х и Ъ' безразмерны, т.е.
они определенным образом нормированы к характеристическим сопротивлениям входных линиИ передачи. Устаневим связь между нормированными и ненормированными матрицами солротивяений и проводимостей. Для этого запишем соотношения (5.2) в матричном виде н =%~я(), ! =%ел!, (5.7) где % — диагональная матрица порядка Ф, составленная из характеристических сопротивлений входных линий передачи: (5.8) Определяя ю первого соотношения столбец О, а нз второго — столбец 1, находим О=%гэХ%"1 1=% "7% "(Г (5.9) Учтем, что ненормированные напряжения и токи связаны друг с другом через ненормированные матрицы сопротивлений Х" и проводимостей у": П=Х"1, 1=У"О.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
