Техника и электроника СВЧ (Часть 2)

Лекція20

Струмиі напруги втехніці НВЧ.

тобтовід полів неможливооднозначноперейти дострумів танапруг у техніціНВЧ – нестрогапроцедура.Існує декількаваріантів цьогопереходу.

Це – незалежнівизначення,які не дають

.Опір хвильоводатеж можна визначитипо-різному:

.Ми будемокористуватись:

.Бачимо, що додаютьсяще параметрихвильовода

Нормованіструми і напруги.

По аналогіїз КМ

,можна ввести

.Будемо вважати

- напів-напруга,напів-струм.

Стоячіхвилі в лініяхпередачі.

Хвиля упрямому напрямкуз напругою

.Струм

.Відбита хвиля:

;

,(мінус – бо струму зворотномунапрямку). Очевидно,загальні напругаі струм:

.Повні напругаі струм складаютьсяз парціальнихнапруг і струмівхвиль, які існуютьв хвильоводі.У кожній точцівідношення

називаєтьсяповним імпедансомлінії передачі.

Підрахуємоповний імпеданслінії передачі:

;

Такимчином, повнийопір залежитьвід координат.Опір в точці

(в точці навантаження):

.Тоді

(**), де

- коефіцієнтвідбиття,

при

.Підставляючи(**) в (*), одержимо:

Отрималивираз для опорув будь-якійточці. Якщо

, тобто ми розглянулиточку знаходженнянавантаження,маємо опір

В залежностівід відстанідо опору змінюєтьсяопір лінії. Цесуттєва відмінністьНВЧ від звичайноїелектроніки.

Для того,щоб взнати опірв будь-якійточці, необхіднознати опір хочаб в одній точцілінії передачі.Якщо лініязакороченав

,то

від точкиКЗ буде на відстанях,кратних

Існує методвизначенняопору без КЗ.

Введемокоефіцієнтстоячої хвилі.до хвилі, щобіжить, відбитахвиля додаєтьсячи віднімається:

- коефіцієнтстоячої хвилі.

Визначимоопір в точці

.Очевидно,

Отже:

Нехай

- відстань між

та мінімумом,тоді буде

,звідки

(****).

Існуєдіаграма зрозрахованимиопорами (див.Мал.): по кутувідкладається

,по радіусу -

Однаковізначення

з’єднані лініями–

Однаковізначення

з’єднані лініями–

На цихлініях вказанозначення активногота реактивногоопорів. В центрікола

Лекція21

Виявленнясигналів НВЧ.

Звичайнийосцилографвикористатинеможливо –вони працюютьна частотахдо 1ГГц. Заразвикористовуютьнапівпровідниковідетектори.

Кристалічнідетектори:квадратичнийдетектор.

Вони реєструють10¹¹ГГцтак само як і100Гц. Такий детектор(див. Мал.) вставляєтьсяодним бокомв один хвильовід,а другим у інший(див. Схему):

Еквівалентнасхема діода-детектора:

Ідеальначастота

,оскільки лише

та

покращити неможна. Зараздосягли

Залежністьструму НП діодувід напруги:

(нас цікавитьквадратичнийдетектуючийелемент).

Метод комплекснихамплітуд тутзастосуватине можна, бовтратимо ефектдетектування.

Отримаємопотужність

;

.Тоді

.В результатіми можемо зобразитидіод генераторомструму:

Звичайнезначення

вважаєтьсягарним параметром.Це і є квадратичнийдетектор, оскількиструм пропорційнийпотужності.

Визначимопотужність,яку цей діодможе зареєструвати:знайдемо чутливістьприймача набазі квадратичногодетектора.

- для узгодженняз підсилювачем,

- описує шумипідсилювача.Напруга шумів:

,напруга сигналу:

- формулаНайквіста.

Найквістдовів, що ширинасмуги

пропорційнакількостіелектроннихступенів вільності.У відповідностіз цим виведенаформула дляпотужностішумів:

Якість детектора

Визначимо

з того, що

- тоді

Вт.

Лекція22

Лінійнийдетектор, змішувач.

;
.Якщо розписатиквадратнийчлен, то одержимо:

- постійнийструм, тобто

Принциповасхема супергетеродинногоприймача НВЧ– діапазону.Відгук пропорційнийквадрату сигналу.

Розглянемохарактеристикиприймача:

Втратиперетворення:

,бо існуютьвтрати на дзеркальніканали, тощо.У діапазоні40ГГц типовезначення
.
Шум-фактор(класичневизначення):

.

Шум завждипідсилюєтьсябільше ніжсигнал, тому

показує, у скількиразів шумпідсилюєтьсябільше, ніжсигнал.

,бо немає схемв яких

,де

-шум, згенерованийвсередині.

Позначено

-ми виносимоджерело струмуза підсилювач.Погано в формуліте, що

залежить від

,тобто від оточуючогосередовища.Домовились,що

.Тоді для добрихприймачів:

,де

- еквівалентнатемпературавходу (шуму)приймача. Тоді

Знайдемомінімальнупотужність,яку приймаєприймач

- шум-фактор.Він показує,у скільки разівеквівалентнішуми більше,ніж зовнішнішуми.

Визначимо

для змішувача:

- бо це пасивнийприлад. Длянаступної схемиможна записати:

відки

- врахуємо шумиподальшихкаскадів. Всередньому

Вт.

,бо впевненийприйом при Рв 2 рази меншій,ніж максимальній.

Баланснийзмішувач.

кщоуявити, що угенераторає деякий контур,то при перекритті

та

може виникнутибиття генератораз самим собоюнавіть привідсутностісигналу. Баланснийзмішувач боретьсясаме з цим –він знищуєгармонікигетеродина.

Розглянемойого схему:

ГГ – гармонікагетеродина.На двох діодахсигнал маєрізні полярності.Струм проміжноїчастоти залежитьвід фази надіоді. Отжеструм від гетеродинабуде в одинбік, і на котушціприймачаперетворитьсяв нуль. Сигналструму будефіксуватисяокремо.

КеруванняпараметрамиНВЧ за допомогоюдіодів.

-діод – використовуєтьсядля керуванняамплітудоюНВЧ.

Лекція23

Вимірюванняопорів.

Узгодженняопорів – задачапро проходженняхвиль між перешкодамибез відбиттів.Однак, спочаткутреба вимірятиці опори.

Метод вимірювальноїлінії: вимірювальналінія – це зонд,який переміщуєтьсяв серединіхвильоводаі реєструєвідповідніструми (пучностічи мінімуми).

Крім того,визначаютьсякоординатимінімуму івимірюютьсявідстані відмінімуму донавантаження,звідки:

.Підключаємоміж генераторомі навантаженнямвимірювальноїлінії, потімвизначаємо

Узгодженняопорів.

Треба зробити,щоб стержень в хвильоводізабирав максимуменергії. Цеможливо приузгодженніопорів.

ехайв лінію з опором

підключилинавантаження

,тому частинаенергії відбивається.Можна паралельнопідключитилінію з закороткою,яку можна рухативздовж лінії.Це шлейфовийтрансформаторабо тромбон.Опір шлейфа:

.Ми ставимозакоротку накінці шлейфу,

,тоді

.Таким чиномми можемо ввестив лінію будь-якийреактивнийопір (закороткане вноситьактивногоопору).

Нехай

.Визначимо опірлінії у довільнійточці

На діаграміці опори розташованіна колі з центромв (0,0) та радіусом

(опір

)– це коло відповідаєнезмінномуКСХ, він дійснопостійний длялінії. В точціперетину колаз

маємо

.Цій точці відповідаєпевна точкана хвильоводі.Якщо в цій точціпідключитишлейф, то реактивнийопір можнаміняти як завгодно.Також можназробити так,що

-тоді не будевідбиття.

Фізично шлейфкомпенсуєвідбиту хвилю,тобто створюєтаку ж за амплітудоюі протилежнуза фазою.

Розглянемосхему з двомашлейфами:

Знайдемоопір у місціпідключенняпершого шлейфу,зумовлений

Для цьогойдемо по пунктирномуколу (див. Діаграмунижче) на відстані,відповідній

Ми можемозмінюватишлейфом реактивнийопір, залишаючиактивний постійним.

Знову зсуваємосяна відстаньміж двома шлейфами.

Аналогічнодругим шлейфомзмінюємо активнийопір. В результатіприйдемо вточку А, де КСХзначно меншийніж початковий.Ми не отрималиідеальне узгодження.З теорії: узгодженняпри фіксованихвідстанях міжшлейфами можнастворити принаявності 3-хшлейфів.

Ми змінювалиопір шлейфатак, щоб опинитисьна

,тому, що ми отримаємонайменший КСХ.Виявилось, щоможна придуматиметод, яким КСХможна створитище меншим.

Лекція24

Чвертьхвильовийтрансформатор.

ехаймаємо два хвильоводи:

;та стоїть задачапередати енергіюз одного в інший.Це можна зробити,з’єднавши їхвідрізкомхвильоводуз деяким опором

Виявляється,що

для узгодження.Підрахуємоце:

.Тут

,тоді

,це фактичнорезонанснийпристрій.

Для широкосмуговогоузгодженняроблять багато“східців”:

Або ж плавнийперехід (однаквін більш довгий):

Узгодженняв МЕ.

Потрібнощось увімкнутиміж генераторомта опором, щобвиділяласьмаксимальнапотужність.Зробимо такяк показанона малюнку:

Підрахуємоопір в точціа:

,тобто

.Таким чиноммаємо коливальнийконтур на частоті

.Тобто,

-це повиннодорівнювати

,тобто

- цим умоваммає задовольнятиконтур

Таким чином,для узгодженняопір необхідновключати впаралельнийколивальнийконтур. Теперми знаємо повнутеорію узгодження.

обзбільшитиширину смугипропускання,використовуютьбільш складніланцюги, цезв’язані ланцюги,тут смуга пропусканняширша:

А що робити,якщо необхідноузгодити комбінованийопір, наприклад

.В таких випадкахвключаютьпослідовно

,а потім узгоджуютьтак само як ів попередньомувипадку.

Взагалі,використовуютьдва методи:

Комбінаціяштирів.
Комбінація

.

Лекція25

Заміналіній передачізосередженимиелементами.

Для лініїпередачі:

.Для чотириполюсникана зосередженихелементах:

Для того, щобможна булопровести замінулінії на зосередженийчотириполюсник,необхідно, щобвирази для їх

були еквівалентні.Прирівнявши,одержимо:

озглянемосхеми яківикористовуютьсяна практиці:

ПФВЧ:

адача:Представимо

- трансформатору виглядізосередженихелементів ТФВЧ.

- опір .

трансформатора

звідки

Таким чином,конструктивноцей перехідвиконуєтьсятак:

Задача:Узгодженнятранзистора.

.Треба узгодитиз лініями 50 Ом.

1,2

1,5

Для цьогоперетворимоеквівалентнусхему:

Отже, ця схема- узгоджена.

Лекція26

ВимірюванняпотужностейНВЧ.

П– детекторине можутьвикористовуватисьдля вимірювання,бо з часом вонисамі змінюються,тобто не існуєоднакових НП– детекторів.Найбільш точніметоди – калориметричні,але вони розрахованіна великі потужності(>1Вт).Використовуютьтермісториі болометри:

_•

- НП-бусинка.Це все поміщуютьу термостат.Але це зновуж дає мало перевагу порівнянніз НП-детекторами.

Тоді можназаписати:

,звідки маємо

Перевагабусинки - велектроніці.Намалюємовимірювальнийміст:

- з’являєтьсятому, що НВЧнагріває поповерхні, абатарейка - пооб’єму.

Спочаткуміст балансуєтьсяопором

тобто гальванометрнічого не показує.

Подаємо НВЧ,тобто болометрперегрівається,баланс порушується.Для встановленнябалансу опір

збільшуємотак, щоб загальнапотужність:

.Для точностівикористовують

.Інколи потрібнозменшити падаючупотужність.Для цьоговикористовуютьатенюатори(поглинаючапластина, щовставляєтьсяв хвилевід).Вони можутьзменшуватипотужністьна 30-40 дБ. Існуютьпрецизійніатенюатори,точність 0,01 дБ:

,а потужність,що поглинається,

.А залежністькута можнавизначититочно.

снуютьнаправленівідгалужувачі:

випадку, зображеномусправа, потужністьйде в одномунапрямку:

Лівий відгалужувачреагує лишена відбитухвилю, правий– на падаючу.Компараторавтоматичнорахує Г.

мікроелектроніцівикористовуютьмікросмужковішлейфовівідгалуджувачі.

снуютьрозподіленірозгалджувачі– (для верхньоїсмуги пропускання)– тут випромінюєщілина.

Записуємоза принципомГюйгенса:

,проінтегрувавшиодержимо:

,коефіцієнтнаправленості

-можливо таке,що

.При

-це направленийвідгалужувач.Однак, розмірицього відгалужувачапропорційнідовжині хвилі,що дуже багато.Тому використовуютьвідгалужувачБете:

Виявляється,що зв’язокцього хвильоводуз трубами існуєпо ЕМП, і фазазв’язків поЕП та МП – різна.Розглянуто зв’язок по ЕП,тепер по МП:

-тобто хвиляпіде лише уліву трубу: віддіелектричногозв’язку все“+”, від магнітного“+” та “-“, тобтов правій трубці

.Хвиля піде уліву трубу.

Лекція27

Вимірюваннядовжини хвиліта частоти.

Найпростішийвимірювач –вимірювальналінія. Намалюємоїї:

Тут максимумта мінімум –нечіткі, томукраще поміститиу резонатор:

.Це – ВСТ, хвильоводисередньоїпотужності.Для більшоїточності єгетеродиннівимірювачічастоти, котріпрацюють зістандартнимигенераторамичастот.

Гетеродиномможе бути кварцчи молекулярнийвипромінювачна

(точність 10^-12), також інодівикористовуєтьсяефект Мьосбауера(точність 10^-17).

Випромінюваннязатухання.

Розглянемометод відношенняпотужностей:

Якщо детекторлінійний, то

,якщо ж детекторквадратичний,то

днак,цей спосібнеточний, вінзалежить відприладу. Томуіснує йогомодифікація– метод еталонногоатенюатора.Тут використовуєтьсяпрецизійнийатенюатор:

-незалежно відвластивостейдетектора, бона ньому завжди100 поділок.

Особливостітехніки міліметровихта субміліметровиххвиль.

Виготовленняхвилеводівпід субміліметровіхвилі проблематичнебо характернірозміри хвильоводумають порядок0,1мм. Втрати:

.Тобто такіхвилеводивикористовуватинеможливо. Межізастосування:

Смужкові– до 300-400 ГГц.
Мікросмужкові– до 100 ГГц.
Коаксіальнікабелі – до 50ГГц.

Потреба восвоєнні даногодіапазонупов’язана із“забитістю”інших.

іелектричніхвильоводидля

теж погані, боці частотивідповідаютьоптичним фотонаму ТТ – ЕМХ замістьрозповсюдженняпочинає збуджуватиколиванняатомів ТТ. Це– фундаментальнапроблема, їїне можна “обійти”.

Тому роблятьтак звані лінзовіхвильоводи– чим меншедіелектрика,тим менше втрати.Тому намагаютьсязменшити кількістьлінз за рахунокзбільшенняфокусної відстані.Однак, завждиє дифракція.Чим більшафокусна відстань,тим більшівтрати, пов’язаніз дифракцією.Фокусна відстаньРелея

- це максимальнафокусна відстаньлінзи.

Втрати лінзовогохвильоводу1-1,5

.Для виготовленнялінз використовуютьтефлон. Длятого, щоб змінитинапрямокрозповсюдження,можна поставитидзеркало.

Розглянеморяд приладівна основі лінзовиххвильоводів:

Н

апрямленийвідгалуджувач:аналог в НВЧ(див. Мал. Справа):відгалуджуєхвилю А, не реагуєна хвилю В.непівпрозоредзеркало створюєтакий ефектв оптиці (див.Мал. Зліва).

Резонатор.Плоскопаралельнийдзеркальнийрезонатор:

.Служить длявідбору хвильпевної довжини.

ожнавикористатирозділенняі злиття хвиль.Важлива фазапісля проходження

та

Лекція28

Генеруваннята підсиленняНВЧ. Підсилювачна тунельномудіоді.

ВАХ

тунельногодіоду має від’ємнуділянку, де

.Будь-який діодможна представитиеквівалентноюсхемою:

термінах цієїсхеми буде

(тут ми врахувалиопір переходу

).Звичайні значення

.Підрахуємозагальний опірдіоду

.Знехтуємопаразитичноюємністю

,тоді

,тут введенопозначення:

.У формулі

- по модулю, тобтойого від’ємністьвже враховано.Графічнийвигляд опоручи іншої комплексноївеличини, депараметромє частота,представляєтьсягодографом.Зобразимо його:

-це резонансначастота діода,вона відповідаєчисто реактивномуопору.

- гранична частота,на якій опірперестає бутивід’ємним.

Може бутикартина, коли

На резонанснійчастоті контуру

опір всієїланки

,ана всіх іншихчастотах:

.Такимчином, маємодва паралельноз’єднані опори.Один з них

,тоді сумарнийопір

одіпри

буде

,підсиленняне буде. Тепергодограф будемати іншийвигляд, смугабуде на частотах

Крім цихелементів, усхемі використовуютьсяузгоджуючітрансформатори.

Коефіцієнтпідсиленняпідсилювачана тунельномудіоді

.При цьому тутвхід та вихідне розв’язані,тому, по суті,коефіцієнтпідсиленняє коефіцієнтомвідбиття. Такіпідсилювачінестійкі, нестабільні– параметричнозалежать віднавантаження.

Транзистормає розв’язанівхід та вихід(зв’язок порядкуМОм). Тому заразвикористовуютьсаме транзистори.

Регенеративнийпідсилювач– це генераторв недозбудженомурежимі.

Перевагатранзисторів– триполюснасхема ( земля,вхід та вихід),хоча швидкодіягірша чим удіода.

Лекція29

Параметричнийпідсилювачна НП-діодах.

.Система генерує

,при

,якщо ж

то система негенерує, протезовнішнійсигнал непідсилюється.

- частота накачки.

Інший варіант:

-сигнал,

-холостий,

-накачка.

озглянемобільш сучаснийваріант з претензієюна мікроелектроніку:

області існує

(тобто див. область ). Більша частота

може існуватив , тобто в . Ще більшачастота

існуєу ще більшомупросторі ( і вверхньомухвилеводі).

Умова існуваннярезонансу насигнальнійчастоті:

.Тоді змінюючи

та

,можна регулюватичастоту, змінюючиумови резонансу.

хемабула б “найбільш”мікроелектронною,якби можна буловикористативласні частотидіода. Спробуємозробити це:розглянемоеквівалентнусхему (див. Мал.):

Тут може бутипослідовнийрезонанс

і паралельний

Останнімчасом роблять

малим, отже

дуже велика,і її не використовують.Можна використовувати

Розглянемотелевізійнийпараметричнийпідсилювач.

- позначенічастоти відповіднихрезонаторів.

Лекція30

ТранзисториНВЧ.

Ці транзисториє видозміненимизвичайнимитранзисторами.Розглянемохарактеристикита фізику роботизвичайноготранзистора.

- транзисторперестає працювати.

- характеристичначастота, зараздосягли 110 ГГці навіть 250 ГГц.Серійно випускдо 40 ГГц.

Визначимошвидкодію:

,для біполярних

- час на подоланняшляху між емітеромта колектором,для полярних– між витокомі стоком. “

”виникає у формулахтому, що в формулахвикористовується

,тому

Напругузбільшити мине можемо, щобне пробити.Параметри, якіможна змінитидля зменшення

Зменшуєморозмір бази,зменшити областьміж витокомі стоком. Серійновипускаютьтранзисториз

.
Використовуютьматеріали звисокою рухливістю,щоб збільшитишвидкість.Використовують

- транзистори.Іноді використовуютьтранзисториз гетеропереходами,де теж досягаєтьсядуже високарухливість(НЕМТ – транзистори).

Розглянемоконкретнісхеми:

П
ольовийтранзистор.Чим більше “-“на затворі,тим меншапровідністьтранзисторазавдяки області“+” – зарядуна підкладці.

ажливо,щоб транзисторбув геометричновключений прямов лінію. В мікроелектроніцінемає можливостістворити транзистори,що будуть “стирчати”зовні.

Існує й інший,більш високочастотнийваріант підключення:

П
ольовітранзисторина гетеропереходах.Оскільки різницяміж рівнямине змінюється,бо це атомнірівні, то маєморозриви напереході: електронинакопичуютьсяв ямі А.

скількисправа є домішки,а зліва, денакопичилисьелектрони,домішок, наяких може осістиелектрон, немає,то електронибільш вільнорухаються,тобто їх рухливістьзростає.

Структура:

Б
іполярнітранзистори.На НВЧ ці транзисторигірше. База –дуже мала зарозмірами. Ценеобхідно длязбільшеннячастоти, алепри цьому виникаютьзворотні струми.

Не тількиелектрони йдутьу базу

,але й діркийдуть у емітер

.Це створюєшуми. Максимальнийкоефіцієнтпідсилення

.Звідси видно,що для кращого

необхідномінімальнийпотік дірокв емітер. Прималих шарахкоефіцієнтпідсиленняменший. Проблемирозв’язуютьза допомогоюгетеропереходу(див. Мал. нижче):в такому випадкузавада длядірок більша,ніж для електронів.

Лекція31

Підсилювачіна НВЧ - транзисторах.

ПідсилювачіНВЧ відрізняютьсявід звичайнихтим, що требаузгодити вхід-вихідта каскади.

Наприкладрозглянемоеквівалентнусхему транзистораАП-326А:

Для узгодженняз лінією 50 Омпідключають

і трансформатор(лампу).

підбираєтьсятак, щоб узгодитиз опорам 50 Ом.Аналогічностворюєтьсярезонанс таузгодженняпо опору навиході:

Принциповасхема підсилювача:

Лекція32

Невзаємніелементи НВЧ.

Закон Ньютонакаже, що

.Однак, в загальномувипадку:

,тобто зв’язокне векторний,а тензорний– напрямок рухуне завжди співпадаєз напрямкомсили. Приклад– гіроскоп чидзига.

В природііснують середовища,що працюютьтаким чином– електро- чимагнітно- гіротропні.У них намагніченість-

,поляризація-

-антисиметричний,

Ферити маютьмагнітогіротропнівластивості,плазма маєелектрогіротропнівластивості.Зараз використовуютьмагнітогіротропність,тому її й розглядатимемо.

,бо

Тензормагнітноїпроникностіфериту.

РівнянняЛандау-Лівшицаруху в МП:

.Ми будемо шукати

ехаймаємо феромагнітнесередовищев

,при цьому орієнтаціядоменів

,оскільки цеенергетичновигідно.

Нехай тепер

,тобто додалиневелике зміннеполе у перпендикулярномунапрямку. Звичайно,при цьому зміниться

Тепер требазнайти

,тобто

.Розглядатимемолінійну задачу,нелінійностіне враховуємо.Можна представити

Ми знехтували

прирівнявшиїх відповідноз

оскільки добутки

мають другуступінь малості.

З цієї системиодержимо розв’язок:

Тут гіромагнітначастота

,тобто маємогіромагнітнийефект у фериті.

Ферит – цемагнітнийдіелектрик.

При

(нескінченностіне буде, оскільки

можна замінитияк

)буде

.Нехай

тоді

.Таким чиномточка обертаєтьсяпо годинниковійстрілці.

Виявляється,магнітниймомент, як іспін електрона,може рухатисьлише по правомуколу.

Таким чином,лівополяризованеполе не будевпливати. Наданих властивостяхпрацюють всіприлади.

Лекція33

Прилади.

Вони буваютьтрьох основнихтипів:

Резонансні.

,характеристикапоглинанняполя:

Прилади наефекті зміщенняполя.

Помістимоферитову кулюв поле. Хвилярухається,налітає накульку. Якщокуля в центрі,то поле на куліматиме поперечнуполяризацію.На стінці поляризаціябуде повздовжньою.Якщо куля нів центрі, ні настінці, то полебуде обертатися,тобто круговаполяризація.

акимчином у хвилеводііснують точкипоздовжньої,поперечноїта круговоїполяризації.

Оскількимоменти в феритіобертаютьсяв одну сторону,то поляризаціяв різних точкаххвилеводу будерізна. Взаємодіябуде протилежноюпри зміні напрямкуполя, напрямкухвилі та присиметричнійзміні положеннязразка у хвилеводі.

При взаємодіїфериту з полем

,при відсутностівзаємодії

У циркуляторіз феритом хвиляв одному напрямкубуде взаємодіятиз феритом сильніше,ніж у протилежному(як і в хвилеводі– див. Мал.). Відповідноі довжина хвилі,що обертаєтьсяза часовоюстрілкою, буде

,а для хвилі, щообертаєтьсяпроти,

.Змінюючи радіуста

,можна налагодитиприлад так щобхвиля повністюпереходила:

,і не інакше.

Прилади наефектахФарадея.

Лекція34

Плоскіхвилі в гіротропномусередовищі.

Нехай

. Не реагує наскладову

,а тільки

.Обертаннямагнітногомоменту відбуваєтьсялише у площині

Розповсюджуючеплоске поле

Запишеморівняння Максвела:

Ми розглядаємо

- скаляр, тобтопросто ферит.Використовуємоформулу

;тоді рівнянняМаксвела можназаписати втакому вигляді:

Позначимо

- це уповільнення,оскільки

-новий хвильовийвектор,

- хвильовийвектор безфериту.

Розглянемопрості випадки:

(хвиля розповсюджуєтьсявздовж поля):
.

Тут маютьмісце прямаі зворотнахвилі:

.Тут буде

.Крім того, отримаємо

,де “-“ – правахвиля, “+” – лівахвиля. Це означає,що при падінніна ферит лінійнаполяризаціярозкладаєтьсяна дві зустрічнікругові поляризації:

Це має місцеі у всіх іншихсередовищах,але там це немає значення.Далі правакругова поляризаціябуде обертатимагнітниймомент, і длянеї буде

,а ліва круговаполяризаціямагнітниймомент обертатине зможе, феритдля неї не існує,тобто сталарозповсюдженнябуде

.Звідси випливаєефект Фарадея.

(ефектКатоне-Мутона)– подвійнепроменезаломлення.

Отримаємодві незалежнісистеми рівнянь:

Знову маємодві незалежніхвилі з різними

озглянемодві хвилі зкруговоюполяризацією:

Тобто, увзаємодіючійхвилі довжинахвилі будеменша. Зсунемосьвід початкуна період

,тоді другахвиля повернетьсяв початковийстан, а першане встигне.Тоді

дасть векторпід кутом

до нульовоїплощини.

-кут Фарадея(кут поворотуплощини поляризації).

,ми розглянули

.Цей кут змінюєтьсяв залежностівід відстані.

Лекція35

Фарадеївськийвентиль і циркулятор.

Ці приладипрацюютьна великихпотужностях.Вхідна та вихіднащілини повернутіна

одна відносноіншої. Всередині– ферит, навколо– електромагнітнакотушка. Підбираємопараметри так,щоб хвиля змінювалаполяризаційнийкут на

після проходження

Якщо пропуститихвилю з кінцяна вхід, то буде:

і хвиля непіде

,вона піде в 3,оскільки тутбуде зв’язокпо МП, таке полеможе вийти в3, а в 1 – не може.

Отримуємоциркулятор

.Якщо замість2 поставитизаглушку, тоотримаємовентиль, бохвиля піде

Мікросмужковілінії з феритом.

Замістьдіелектрикуберемо

Площинаполяризаціязадана металевимисмужками і неможе обертатися.Можна змінювати

.Є також триваріанти намагнічення[1], [2], [3].

.
,оскільки вцьому напрямкузмінне
,і не може взаємодіяти.
(нас цікавить
).

Лекція36

Аналізта синтез НВЧ– елементів.

Хвильовіматриці п -полюсника.

Розглянемовідому матрицюрозсіювання

.Нехай маємо

-полюсник, унього

входів і виходів.Для кожноговходу та виходує падаюча тавідбита хвилі.

Будемо користуватисянормованимивеличинами:

-для падаючоїхвилі,

- для відбитої.

- амплітудипадаючої тавідбитої хвиль,

-відповідніпотужності.

Будемо вважати,що відбитахвиля зумовленавсіма хвилями,що увійшли в

- полюсник:

.Маємо матрицю:

,можна записатив матричномувигляді:

Фізичнийзміст

- коефіцієнтвідбиття відк – того порту.

- коефіцієнтпередачі з

порту у к – тий.

П

обудуємоматрицю ідеальноговентиля.
;
;
.Отже
.

П

обудуємоматрицю дляциркулятора:Матриця
не ермітова,бо враховуєпоглинання.В ермітовихвтрат енергіїнемає.

Отримаємоматрицю наступногоз’єднанняхвилеводів:

- коефіцієнтвідбиття відпорту 1.

,де

.Так як

то

,отже

М

атрицяшматку хвильоводу:тут враховуєтьсяфаза;
,
- це враховуєвідставанняпо фазі на
навідстані
.

Рівнянняінцеденцій.

Матрицярозсіюваннядля з’єднаннямалополюсників,якщо відоміматриці окремихмалополюсників.Нехай маємодовільний набірелементів.

Лекція37

Методорієнтованихграфів.

Можна виключитивершину

.Для цього стрілкипродовжуютьтак, ніби вузла

іне було. В діамагнетикувказується

- коефіцієнтпри виключенійвершині.

Задача:Знайти за допомогоюорієнтованихграфів параметрисистеми.

кладемографи елементів:

Перепозначимовходи – виходинавантаженнячерез

.Можна записати,що

Тепер можназаписати рівнянняі матрицю:

Більш того,нас цікавитькоефіцієнтвідбиття всієїсистеми, тобтобезпосереднійзв’язок

.Виключимо

,потім

,послідовноотримуємо:

Ми отрималикоефіцієнтвідбиття віднавантаженнячерез узгоджувальнийтрансформатор.

ключимоміж

та

відрізок хвильоводу

,тоді буде триматриці:

Тоді замість

в попереднійформулі одержимо

Лекція38

СинтезНВЧ – елементів.

Зараз існуєсинтез лишепасивних елементів.

ФільтриНВЧ.

Існують методисинтезу поКаеру та Форстру.Виходять зхарактеристикфільтру. Синтезуєтьсялише ФНЧ, іншіотримують задопомогоюнескладнихперетворень.

Існує апроксимаціяпо Баттерворту:

,де

- нормованачастота. Чимбільше

тим ближче допрямокутноїхарактеристики.

ебишевськахарактеристикаскладніша, алерезультат майжетакий самий.Наприклаж длятрансформатора:

Розглянемосхему:

Цей фільтр– п’ятого порядку,бо на ВЧ:

- розрив,

- закоротка,тобто маємо

(таких елементів5). Цей фільтрдає характеристикуФНЧ (достатньокруту).

Спробуємостворити такийфільтр для НВЧ,оскільки розрахункидають нереальніз точки зорутехнологіїзначення ємностіта індуктивності.Розглянемолінію довжиною

та опором

Їх можнапредставитиу вигляді:

другій схемі

.Тонка довгалінія має

і є індуктивністю,широка короткалінія представляєсобою ємність.Тоді вихіднусхему можнапредставитияк:

Однак, нампотрібно розрахуватизовнішні параметрихвильоводів.Нехай

- опір, а

- довжина відповідногохвильоводу,тоді запишеморівняння:

Звичайноберуть

,підбирають

.Це – першенаближення,його доситьдля визначенняпараметрівлінії. Наближення– бо ми вважаємоопори дужевеликими, чидуже маленькими.

Розглянемодруге наближення:ні індуктивностіне рівні нулю,і вони впливаютьна сусідніділянки. Тодімаємо:

Врахували,що

В НВЧ маємоеквівалентнісхеми:

Паралельнийконтур:

Ємність:

Техника и электроника СВЧ (Часть 2)

Лекція20

Струмиі напруги втехніці НВЧ.

Нормованіструми і напруги.

Стоячіхвилі в лініяхпередачі.

Лекція21

Виявленнясигналів НВЧ.

Кристалічнідетектори:квадратичнийдетектор.

Лекція22

Лінійнийдетектор, змішувач.

; .Якщо розписатиквадратнийчлен, то одержимо:

Баланснийзмішувач.

КеруванняпараметрамиНВЧ за допомогоюдіодів.

Лекція23

Вимірюванняопорів.

Узгодженняопорів.

Лекція24

Чвертьхвильовийтрансформатор.

Узгодженняв МЕ.

Лекція25

Заміналіній передачізосередженимиелементами.

Лекція26

ВимірюванняпотужностейНВЧ.

Лекція27

Вимірюваннядовжини хвиліта частоти.

Випромінюваннязатухання.

Особливостітехніки міліметровихта субміліметровиххвиль.

Лекція28

Генеруваннята підсиленняНВЧ. Підсилювачна тунельномудіоді.

Лекція29

Параметричнийпідсилювачна НП-діодах.

Лекція30

ТранзисториНВЧ.

Лекція31

Підсилювачіна НВЧ - транзисторах.

Лекція32

Невзаємніелементи НВЧ.

Тензормагнітноїпроникностіфериту.

Лекція33

Прилади.

Лекція34

Плоскіхвилі в гіротропномусередовищі.

Лекція35

Фарадеївськийвентиль і циркулятор.

Мікросмужковілінії з феритом.

Лекція36

Аналізта синтез НВЧ– елементів.

Хвильовіматриці п -полюсника.

Рівнянняінцеденцій.

Лекція37

Методорієнтованихграфів.

Лекція38

СинтезНВЧ – елементів.

;
.Якщо розписатиквадратнийчлен, то одержимо: