2. Под многополюсником СВЧ понимают любую комбинацию проводников, диэлектриков и других элементов СВЧ, имеющих несколько входов и выходов в виде поперечных сечений ЛП с заданными типами волн в каждой линии. Сечения входов многополюсника называют плоскостями отсчета фаз. Положение плоскости отсчета выбирается таким образом, чтобы нераспространяющиеся волны высших типов, принадлежащие внутреннему электромагнитному полю многополюсника, в сечении входов были пренебрежимо малы. Это исключает возможность обмена энергией между многополюсником и остальной частью тракта иным путем, кроме переноса электромагнитной мощности волнами заданного типа в каждой ЛП. Матрицы многополюсников выявляют взаимосвязи между электрическими режимами его входов. Режимы в плоскостях отсчета фаз многополюсника могут быть описаны, во-первых, в терминах нормированного напряжения падающих и отраженных волн - так называемый "волновой" подход, во-вторых, в терминах полных нормированных напряжений и токов - так называемый классический подход. Самым распространенным в теории цепей СВЧ является выбор вектора воздействия на 2N-полюсник в виде набора N падающих волн и вектора реакции в виде набора N отраженных волн: Чтобы определить элементы матрицы рассеяния (или любой другой матрицы), нужно путем расчета или эксперимента проанализировать поведение многополюсника в ряде испытательных режимов. Общее число таких режимов для 2N-полюсника общего вида должно быть не меньше N , где N - порядок матрицы, равный числу входов многополюсника Элементы матрицы рассеяния имеют четкий физический смысл и безразмерны.

Внедиагональные элементы матрицы рассеяния представляют собой волновые коэффициенты передачи по нормированным напряжениям между каждыми двумя входами многополюсника при согласованных нагрузках на других входах. Исключение составляют диагональные элементы матрицы Smn (m = n), которые являются коэффициентами отражения для каждого входа многополюсника при согласованных

нагрузках на других входах. Из определения элементов матриц рассеяния следует, что для пассивных многополюсников, не обладающих свойством усиления мощности, модули коэффициентов передачи и усиления не могут превышать единицы. При этом неотъемлемым свойством коэффициентов матрицы рассеяния является следующее соотношение

3. Вначале уточним терминологию. Направленным ответвителем (НО) называется восьмиполюсная система, служащая для направленного ответвления энергии. Гибридным соединением (гибридом, или трехдецибельным НО) называется НО, имеющий равные

мощности в выходных плечах. Мостовым устройством называется гибридное соединение, у которого сигналы в выходных плечах равны по величине и имеют постоянный фазовый сдвиг в рабочем диапазоне частот. Линия передачи НО, по которой проходит наибольшаямощность, называется первичной, а линия, в которую ответвляется часть мощности -

вторичной. Различают два типа НО: сонаправленный и противонаправленный Основные характеристики НО рассмотрим на примере сонаправленного ответвителя:

1) переходное ослабление (или связь) - выраженное в децибелах отношение C14 = 10 lg(P1 / P4 ).Условно за границу между сильной и слабой связями принимаем С14 = – 10 дБ;

2) направленность - выраженное в децибелах отношение C42 = 10 lg(P4 / P2 ), обычно порядка 20 дБ;

3) развязка - выраженное в децибелах отношение C12 = 10 lg(P1 / P2 ), обычно порядка 25 -30 дБ;

4) рабочее затухание первичной линии - выраженное в децибелах отношение C13 = 10 lg(P1 / P3 ), в основном определяется потерями в линии передачи;

5) согласование - характеризуется величиной KстU на входе, в то время как ко всемостальным выходам подключены согласованные нагрузки;

6) полоса пропускания - определяется полосой частот, в пределах которой один или несколько параметров ухудшаются на определенную величину.

Все рассмотренные параметры НО зависят от различных дестабилизирующих факторов, имеющих место на практике: рассогласованных нагрузок, потерь в ЛП,

точности выполнения схемы, неоднородностей и т.д. НО используются в фазовращателях, смесителях, коммутаторах, усилителях, схемах встроенного контроля и т.д.

4. По виду амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) фильтры разделяются на фильтры нижних частот (ФНЧ), фильтры верхних частот (ФВЧ), полосно-пропускающие фильтры (ППФ) и полосно-заграждающие фильтры (ПЗФ).

А. Полосно-пропускающие фильтры, или, как их часто называют, полосовые фильтры

не пропускают сигнал ниже частоты w-з и выше частоты wз . ППФ могут быть реализованы на: связанных линиях, одиночной линии с зазорами, встречных стержнях, диэлектрических резонаторах, в виде гребенки и т.д. ППФ может быть реализован на связанных линиях (рис.1.15). Простейшим элементом такого фильтра является звено, состоящее из пары связанных линий, работающих в

режиме четырехполюсника. Каждая из связанных линий чаще всего исполняется разомкнутой на конце.

Б. Полосно-заграждающие фильтры

Наиболее распространенным подходом при проектировании ПЗФ является переход

от известной из теории цепей схемы ПЗФ на сосредоточенных параметрах, показанной на

рис.1.21,а, к схеме ПЗФ на распределенных параметрах. Параметры r1,r2 , l1, l2 легко рассчитываются из первой схемы. Такой фильтр наиболее

употребим в диапазоне СВЧ.

В. Фильтры нижних частот

Схема ФНЧ на сосредоточенных параметрах и его эквивалентная схема на

распределенных параметрах представленыЗамечательной особенностью МПЛ является отсутствие граничных нижних частот,

в отличие от волновода, где не распространяются волны частот ниже критических.

Отсюда возникает возможность построения ФНЧ на МПЛ.

Ограничения, накладываемые на ФНЧ на МПЛ, связаны со степенью

воспроизводимости L и C в микрополосковом исполнении. Другими ограничивающими

факторами являются краевая емкость С и емкости С1 и С2.

ФНЧ широко используются в выходных низкочастотных цепях, а также в цепях питания

активных устройств, где необходимо получение надежных фильтров СВЧ энергии.

Г. Фильтры верхних частот

Схема ФВЧ на сосредоточенных параметрах и его эквивалентная схема на

распределенных параметрах представлены. Короткое замыкание индуктивности укорачивает ее длину. Следует заметить, что

такие фильтры имеют невысокие электрические характеристики. В высокочастотных

участках СВЧ диапазона вместо ФВЧ применяются широкополосные ППФ, иначе

называемые фильтрами псевдоверхних частот

5. Управляемые устройства - дискретные фазовращатели (фв) и коммутаторы -

находят основное применение в ФАР и АФАР, что и определяет совокупность

предъявляемых к ним требований. Управляемые устройства характеризуются большим числом параметров. Для ФВ такими параметрами являются: число различных фазовых

состояний, фазовый сдвиг, его стабильность, рабочая полоса частот, потери, число управляющих элементов, мощность, потребление по цепям питания и т.д. Коммутаторы характеризуются числом переключающих каналов, числом управляющих элементов, потерями в открытых и закрытых каналах. Среди используемых параметров есть основные и вспомогательные. Основными параметрами для дискретных ФВ являются минимальный сдвиг фазы и число управляющих элементов, для коммутаторов - число переключаемых каналов и число

управляющих элементов. Неотъемлемым элементом дискретных ФВ и коммутаторов является выключатель. Выключателем называется линейный четырехполюсник, имеющий два различных

состояния, в одном из которых он является идеально пропускающим, в другом – идеально отражающим. Выключатель образуется последовательным или параллельнымподсоединением ключа в линию передачи. Дискретный ФВ представляет собой линейный двух- или четырехполюсник, содержащий выключатели, в которых в результате воздействия управляющего сигнала на один или несколько ключей происходит скачкообразное изменение набега фазы электромагнитной волны без изменения ее амплитуды. Минимальный фазовый сдвиг Dj

называется его дискретом. Управление фазовым сдвигом осуществляется от 0 до 2π с дискретом Dj . Число различных фазовых состояний дискретного ФВ p = 2p Dj , а фазовый сдвиг в k-м состоянии.

Проходной ФВ представляет собой линейный, согласованный по входу

четырехполюсник без потерь, в котором воздействие управляющего сигнала на ключи приводит к дискретному изменению фазы проходящей электромагнитной волны Отражательный ФВ представляет собой линейный двухполюсник без потерь, в котором воздействие управляющего сигнала на ключи приводит к дискретному изменению фазы отраженной электромагнитной волны. Коммутатор - линейное многополюсное устройство, содержащее выключатели, в которых воздействие управляющего сигнала на ключи приводит к попеременному подключению одного из выходных каналов к входному

6. Феррит - магнитодиэлектрический материал (ε = 5 ÷ 16; tgδ = = 10–2 ÷ 10–3) с кристаллической структурой, обладающей гиромагнитными свойствами, обусловленными особым поведением электронов в атомах кристаллической решетки. Различают три разновидности кристаллических структур ферритов: структура шпинели (MeIIO∙Fe2O3, где MeII - ион двухвалентного металла (Ni, Mn, Cu, Co и т.д.)), структура граната (3Y2O3∙5Fe2O3 - железоиттриевый гранат) и гексагональная структура. Феррит может быть поликристаллический и монокристаллический. Производство поликристаллического феррита осуществляется по технологии, характерной для керамики: смесь оксидов с пластификатором формуют в полуфабрикаты, которые затем обжигают при t = 1000 - 1400 ˚С. Монокристаллический феррит выращивается по технологии, сходной с технологией изготовления полупроводниковых материалов. Наиболее часто применяются ферриты в виде стержней круглой или прямоугольной формы, дисков и шариков d ~ 1 мм. В ферритовых устройствах СВЧ используются гиромагнитные свойства, проявляющиеся при одновременном воздействии на ферритовый образец постоянного и высокочастотного магнитных полей Устройства СВЧ с ферритами могут быть разделены на две группы.

В первую группу входят невзаимные устройства: вентили, гираторы и циркуляторы Вентиль - четырехполюсник, пропускающий волну в одном направлении почти без отражения и без ослабления, но поглощающий волну в противоположном направлении. Вентили применяются для защиты генераторов СВЧ от изменения сопротивления

нагрузки, для построения развязывающих цепей, в качестве элементов измерительных установок и т.д. Схема вентиля и его матрица рассеяния показаны на рис.1.37,а. Гиратор - невзаимный фазосдвигатель (т.е. нерегулируемый фазо-вращатель), фазы коэффициентов передачи которого в прямом и обратном направлениях различаются на