- •Содержание
- •Часть 2 линии передач и их элементы 40
- •Часть 3 многополюсники сверхвысоких частот 88
- •Предисловие
- •Часть 1 основы теории электромагнитного поля
- •1 Скалярные и векторные поля. Операции над векторами
- •1.1 Классификация полей
- •1.2 Операции над векторами
- •2 Основные положения теории электромагнитного поля
- •2.1 Определение векторов электромагнитного поля
- •2.2 Уравнения Максвелла
- •2.3 Уравнения Максвелла для гармонических колебаний. Комплексные амплитуды
- •2.4 Энергия электромагнитного поля
- •2.5 Граничные условия для векторов поля
- •3 Плоские электромагнитные волны
- •3.1 Характеристики плоской скалярной волны
- •3.2 Плоская электромагнитная волна
- •3.3 Частные случаи распространения плоских электромагнитных волн
- •3.4 Падение плоской электромагнитной волны на границу раздела сред
- •4 Излучение электромагнитных волн
- •4.1 Элементарные источники излучения
- •4.2 Основные электрические характеристики антенн
- •4.3 Типы антенн
- •Часть 2 линии передач и их элементы
- •5 Линии передач. Резонаторы
- •5.1 Определения
- •5.2 Электрические характеристики регулярных линий
- •5.3 Коаксиальная линия
- •5.4 Двухпроводная линия
- •5.5 Прямоугольный волновод. Волна основного типа
- •5.6 Круглые волноводы
- •5.7 Полосковые линии
- •5.8 Световоды
- •5.9 Объемные резонаторы
- •Контрольные вопросы:
- •6 Расчет режимов работы нагруженных линий
- •6.1 Волновые процессы в нагруженных линиях
- •6.2 Режимы работы нагруженных линий
- •6.3 Круговая диаграмма
- •Контрольные вопросы:
- •7 Согласование нагрузок с линиями передач
- •7.1 Цели и критерии согласования
- •7.2 Согласование нагрузок методом четвертьволнового трансформатора
- •7.3 Согласование методом параллельного шлейфа
- •Контрольные вопросы:
- •8 Элементы линий передач
- •8.1 Классификация элементов
- •8.2 Элементы коаксиальных трактов
- •8.3 Элементы трактов, выполненных на прямоугольных волноводах
- •8.4 Трансформаторы типов волн
- •Контрольные вопросы:
- •Часть 3 многополюсники сверхвысоких частот
- •9 Матричное описание многополюсников сверхвысоких частот
- •9.1 Определение многополюсников
- •9.2 Матрицы 4-полюсника и их свойства
- •9.3 Матрицы многополюсников
- •10 Частотно-избирательные фильтры свч
- •10.1 Основные определения
- •10.2 Структура фильтров. Способы расчета
- •8 Пример реализации фильтра со ступенчатой структурой.
- •11 Балансные многополюсники
- •11.1 Общие свойства
- •11.2 Некоторые типы балансных восьмиполюсников
- •12 Ферритовые устройства свч
- •12.1 Физические явления в намагниченных ферритах на свч
- •12.2 Классификация устройств свч с намагниченными ферритами и их матрицы рассеяния
- •12.3 Примеры конструктивного выполнения ферритовых устройств свч
- •Контрольные вопросы:
- •Литература
5.6 Круглые волноводы
Применяются во вращающихся соединениях, в устройствах для получения волн с вращающейся поляризацией и в некоторых других случаях. Вследствие того, что в круглых волноводах возможно изменение направления поляризации в местах неоднородностей, они редко применяются в качестве основных линий передачи.
В круглых волноводах чаще других используются волны типов H11, E01 и H01. Структура поля этих волн в поперечном сечении линии показана на рисунке 5.8 .
Рисунок 5.8 – Типы волн в круглых волноводах
Волна типа H11 является основным типом колебаний в круглом волноводе. Критическая длина волны . По своим свойствам волна H11 похожа на волну H10 в прямоугольном волноводе.
Волна типа E01 является наинизсшей из осесимметричных волн и находит применение во вращающихся сочленениях. Критическая длина волны .
Для обеспечения возможности распространения волн типа E01 и исключения волн высших типов необходимо выполнять условие , где – критическая длина волны ближайшего высшего типа H21. При выполнении этого условия кроме волны E01 в волноводе может распространяться волна основного типа H11.
Определенные перспективы имеет передача электромагнитной энергии по круглому волноводу с помощью волны H01. Это обусловлено тем, что с повышением частоты затухание волны этого типа уменьшается. Критическая длина волны . Волна типа H01 распространяется, а высшие типы волн исключаются, если выполняется условие . При этом в волноводе могут распространяться низшие типы волн H11, E01, H21, а так же волна типа E11. Таким образом, при использовании волны типа H01 необходимо принимать специальные меры к чистоте возбуждения волны H01.
5.7 Полосковые линии
Полосковые линии получили в последние годы широкое применение в технике СВЧ. В этих линиях передачи токоведущие элементы выполнены в виде тонких металлических полосок или пленок, разделенных слоями диэлектрика – подложкой (относительная диэлектрическая проницаемость материала подложки ). Относительно высокая диэлектрическая проницаемость подложек позволяет заметно уменьшить поперечные размеры полосковых линий. Конструкции устройств СВЧ из полосковых линий выполняются с использованием современных тонкопленочных технологий и хорошо сопрягаются с печатными схемами низкочастотных узлов, устройств электроники и связи.
Вид поперечного сечения открытой полосковой линии и приблизительная структура поля показаны на рисунке 5.9, где b – ширина полоски, h – толщина подложки, – относительная диэлектрическая проницаемость материала подложки.
Рисунок 5.9 – Открытая полосковая линия. Волна квази-T
Строгий анализ электромагнитного поля полосковых линий показывает, что основной тип колебаний линии передачи является гибридным (). Однако при можно пренебречь продольными составляющими поля. Такая волна называется квази-Т волной.
Электромагнитные поля полосковой линии существуют и в подложке и над подложкой в свободном пространстве. Для определения скорости распространения волны в полосковой линии вводится понятие эффективной диэлектрической проницаемости:
(5.27)
Приближенное выражение для определения волнового сопротивления волны квази-Т в полосковой линии передачи:
(5.28)
Потери в полосковой линии складываются из потерь в металле, диэлектрике и потерь на излучение. Для защиты линий от внешних электромагнитных воздействий в конструкцию линий вводятся экраны или линия помещается в металлические кожухи. В таком коробе удобно поместить две или несколько параллельных линий, которые называются связанными. Такие конструкции используются для построения ответвителей мощности, частотных фильтров, делителей мощности и др.