Курс лекций по военно-технической подготовке специалистов вус-121800 " Основы радиоэлектроники "


НазваниеКурс лекций по военно-технической подготовке специалистов вус-121800 " Основы радиоэлектроники "
страница3/10
Дата публикации05.12.2013
Размер0.86 Mb.
ТипДокументы
vb2.userdocs.ru > Журналистика > Документы
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10

^ Не правильно!


Если Rн на конце линии отличается от л, то в линии возникает отраженная волна распространяющаяся от нагрузки к генератору (рис.10).



рис. 10

Волну, распространяющуюся от генератора к нагрузке, принято называть падающей.

Соотношение падающей и отраженной волны выражается через коэффициент отражения:



где:

Pотр - мощность отраженной волны;

Pпад - мощность падающей волны.

В зависимости от соотношения л и Rн различают три основных режима работы волновода:

1. Режим бегущей волны, где Rн =л;

2. Промежуточный режим, где Rн<>л;

3. Режим стоячей волны, где Rн=0 или Rн  бесконечность.

1. Режим бегущей волны.

Rн = л

В данном случае линия полностью согласована с нагрузкой, вся мощность, поступающая от генератора в линию, передается в нагрузку, отраженная волна отсутствует. Ток и напряжение в линии находится в фазе и их амплитуды вдоль линии постоянны, и изменяются только по синусоидальному закону. С изменением времени кривая распределения напряжения перемещается - "бежит" вдоль линии от ее начала к ее концу.

Такой режим является идеальным и на практике не достижим.

^ 2. Промежуточный режим.

Rн л

В данном случае сопротивление нагрузки имеет реактивную составляющую. В радиоволноводе возникает отраженная волна, и часть мощности от нагрузки возвращается к генератору. В результате взаимодействия падающей и отраженной волны амплитуда напряжения и тока по длине волновода становится не равномерной (рис.11).

Для определения стенки отражения наибольшее применение нашли такие величины как:

КСВН - коэффициент стоячей волны по напряжению;

КБВ - коэффициент бегущей волны.





Из формул видно, если Rн л то значение Umin Umax, и при идеальных условиях Rн= л; Umax=Umin КБВ=1 и КСВН=1.

Изменение КБВ и КСВН в волноводе в зависимости от степени

согласования с нагрузкой выражается графиком:



 

^ 3. Режим стоячей волны.

  • линия замкнута Rн=0;

  • линия разомкнута Rн  бесконечность.

В данном случае линия нагружена только на реактивное сопротивление, следовательно, перенос мощности отсутствует, т.к. падающая волна полностью отражается. В результате сложения падающей и отраженной волн в линии устанавливается так называемые "стоячие волны".



В данном случае имеют место узлы и пучности амплитуд напряженности электрического поля.

Пучности - места с максимальной амплитудой, узлы - с минимальной.

На практике считается, что волновод:

  • хорошо согласован с нагрузкой, когда КСВН<1.05;

  • удовлетворительно согласован, когда 1.2< КСВН<2;

  • не согласован, когда КСВН>5.

Т.о. при конструировании техники СВЧ обязательно учитывается все основные параметры и характеристики линий передачи.

^ ГЛАВА III Элементы СВЧ трактов радиоаппаратуры.

   3.1. Особенности построения техники СВЧ.

К СВЧ диапазону относят область частот от 300 МГц - 300 ГГц, т.е. дециметровые сантиметровые и миллиметровые длины волн.

С каждым годом возрастает объем передаваемой информации (количество передаваемой информации увеличивается в два раза каждые 6-7 лет), поэтому системы связи должны постоянно совершенствоваться. Т.к. СВЧ диапазон является самым большим по информационной емкости, поэтому техника СВЧ связи находит все большее применение, но и здесь есть специфические особенности, к которым относится:

  1. Размеры СВЧ антенны существенно больше длины волны, поэтому можно получить остро направленные антенны. Высокая направленность антенн позволяет во много раз повысить помехоустойчивость радиосистем, разрешающую способность, точность определения координат.

  2. В СВЧ диапазоне длина волны становится соизмеримой с размерами элементов цепей, проводников и т.д. В результате этого в радиотехнических схемах за счет излучения происходит увеличение потерь, возникают нежелательные и обычно не контролируемые связи между элементами схем. Поэтому, при переходе к СВЧ диапазоны конструкции элементов схем должны быть изменены так, чтобы ЭМП их полностью находились в замкнутых металлических объемах.

  3. По мере увеличения частоты затрудняется применение элементов радиотехнических схем: конденсаторов, катушек индуктивности, резисторов. Так, например емкостная проводимость между витками катушки индуктивности становится в СВЧ диапазоне настолько большой, что катушка представляет собой последовательность соединенных контуров, а не чистую индуктивность.

  4. СВЧ энергия распространяется в основном вне проводников, которые либо ограничивают пространство, где располагается энергия (волноводы, коаксиальные линии), либо задают направление распространения энергии (проводники двух проводных линий, однопроводные линии передачи (ОЛП)).

Для решения этих проблем необходимы более совершенные приборы.

   3.2. Лампа бегущей волны.

ЛБВ - электронно-вакуумный прибор СВЧ диапазона, работа которого основана на длительном взаимодействии электронного потока поля усиливаемого сигнала, движущихся вдоль однородной замедляющей системы.

Классификация ЛБВ

  1. По способу усиления СВЧ сигнала:

    • ЛБВ типа =О= - используется для усиления сигнала кинетическая энергия электронного пучка (в пространстве взаимодействия).

    • ЛБВ типа =М= - используется потенциальная энергия электронного пучка.

  2. По уровню выходной мощности:

    • маломощные - до 1 Вт;

    • средней мощности - от 1 Вт до 100 Вт;

    • большой мощности от 100 Вт до 100 кВт;

    • сверхмощные - свыше 100 кВт.

  3. По режиму работы:

    • импульсного действия (радиолокация);

    • непрерывного действия (связь).

Применение ЛБВ

ЛБВ применяется в качестве усилителей колебаний СВЧ диапазона.

Используется в качестве:

  • малошумящих усилителей приема (маломощные);

  • промежуточных усилителей мощности передатчика.



рис.11

Составные части ЛБВ (рис.11):

1 - длинная стеклянная колба

2 - фокусирующая система

3 - электронный инжектор

4 - анод

5 - замедляющая система

6 - цилиндры связи

7 - коротко замкнутые поршни

8 - локальный поглотитель

9 - входной и выходной волновод

10 - коллектор.

^ Назначение составных частей ЛБВ

Электронный инжектор(3) предназначен для создания направленного пучка электронов.

Анод(4) - представляет собой электростатическую линзу, выполненную в виде диска с отверстиями, и предназначен для дополнительной фокусировки электронного пучка.

^ Фокусирующая система(2) с помощью своего магнитного поля окончательно фокусирует электронный луч.

Замедляющая система(5) представляет собой металлическую спираль и предназначена для уменьшения скорости распространения ЭМВ.

^ Цилиндры связи(6) совместно с коротко замкнутыми поршнями (7) являются трансформирующим устройством, которое предназначено, для согласования входных и выходных волноводов с замедляющей системой.

^ Локальный поглотитель(8) предназначен для поглощения отраженной волны, образованной в результате рассогласованности замедляющей системы и выходного волновода.

Коллектор(10) поглощает поток электронов, прошедший через замедляющую систему.

^ Принцип действия ЛБВ

Электронный поток, инжектируемый в пространство внутри спирали, взаимодействует с осевой компонентой электромагнитного поля СВЧ волны и при определенных условиях отдает ей часть своей кинетической энергии, обеспечивая тем самым усиление СВЧ сигнала.

Для простоты понятия принципа работы рассмотрим усиление сигнала на одной частоте с помощью рис.12:



рис.12

Рассмотрим движение наиболее характерных электронов, летящих с инжектора со скоростью Uо и взаимодействующих с сигналом А (рис.12.а). Данные электроны попадают в ускоряющее (область I рис.12а) и тормозящее (область II) поле и находятся в одинаковых количествах. При условии, если Uо Uф то электроны, попадающие в ускоряющее и тормозящее поле, смещаются в направлении электрона 5 (рис. 12.б), постепенно образуя сгусток электронов в центре с электроном 5 , на который ВЧ электрическое поле не действует, т.к. в месте расположения этого электрона напряженность поля равна нулю.

Образующийся сгусток возбуждает в свою очередь ЭМВ, отстающую от модулирующей волны на 90° ( кривая Б рис.12б) и складывается с первоначальной волной А - результирующая кривая В на рис.12б.

Это возможно при точном равенстве Uо=Uф.

Если скорость электронов (Uо) несколько увеличить, то образующиеся сгустки опережают первоначальную волну и возбуждаемые ими поле оказывается ближе по фазе к бегущей волне, а амплитуда результирующего поля возрастает. Если же еще увеличить Uо, то образование сгустков будет затруднено, т.к. электроны будут попадать последовательно то в ускоряющее, то в тормозящее поле и отбор энергии от них становится невозможным.

На практике максимальное усиление достигается при скорости электронов Uо, на единицы процентов превышающей Uф замедленной ЭМВ.

Т.о. принцип усиления сигнала в ЛБВ происходит следующим образом: входной СВЧ сигнал поступает на вход замедляющей системы, через которую двигается поток электронов вылетевших с электронного инжектора, в результате взаимодействия СВЧ сигнала (модулирующего) с потоком электронов образуются "сгустки", которые возбуждают наведенный ток, протекание которого по замедляющей системе вызывает появление ВЧ напряженности электрического поля; поля в направлении продольной оси ЗС. Однако напряженность поля вдоль ЗС оказывается небольшой, поэтому достаточно эффективное торможение сгустков электронов, а следовательно, и отбор энергии от модулированного по плотности электронного пучка удается осуществить сложением возбуждаемого на каждом участке ЗС ВЧ поля с полем волны, бегущей вдоль замедляющей системы(длительное взаимодействие электронного потока и поля усиливающего сигнала). Амплитуда бегущей волны нарастает экспоненциально, т.к. усиливаемая волна в свою очередь воздействует на электронный поток, увеличивая его модуляцию.

Параметры ЛБВ

Качественные показатели ЛБВ оцениваются с помощью совокупности параметров и характеристик. Основными из них являются:

  • рабочая полоса частот;

  • тип замедляющей системы;

  • напряжение и ток коллектора;

  • напряжение и ток анода;

  • напряжение и ток ЗС;

  • коэффициент усиления;

  • выходная мощность;

  • коэффициент полезного действия.

   3.3. Устройства распределения мощности СВЧ сигнала.

В ВЧ трактах станции спутниковой связи (ССС) используются элементы СВЧ предназначенные для распределения мощности СВЧ сигналов. К ним относятся:

  • ферритовые циркуляторы;

  • направленные ответвители;

  • СВЧ – мосты.

Ферритовый циркулятор (ФЦ)

ФЦ- представляет собой коаксиальный или волноводный тройник, внутри которого располагается ферритовый вкладыш, находящийся в постоянном магнитном поле.

В зависимости от диапазона частот используются:

  • коаксиальные циркуляторы (ФЦК) - 1.5-2.1 ГГц;

  • волноводные циркуляторы (ФЦВ) - 3.4-11.7 ГГц.

Циркуляторы, имеющие три плеча, называют Y-циркуляторами (рис.13).



рис.13

Основным свойством циркулятора является то, что СВЧ сигнал, поступающий в плечо I, выходит через плечо II. Сигнал, поступающий в плечо II, выходит через плечо III, а поступающий в плечо III, выходит через плечо I.

Действие ферритового циркулятора основывается на явлении поперечного магнитного резонанса, или эффекта смещения поля в ферритах.

Ферриты представляют собой материал с кристаллической структурой, получаемой спеканием окиси железа с окислами никеля, цинка, магния, хрома меди и других металлов.

По внешним признакам ферриты имеют сходство с керамикой и обладают большой твердостью.

На СВЧ при отсутствии постоянного магнитного поля начальная магнитная проницаемость феррита близка к единице.

Анизотропные свойства феррита проявляются при внесении в его поле постоянного магнита.

Устройство коаксиального циркулятора представлено на рис.14.



рис.14

Постоянной магнитное поле создается двумя магнитами, расположенными снаружи по обе стороны полоскового тройника. Путем подбора геометрических размеров и параметров вкладыша, а также регулировкой напряженности магнитного поля получают необходимые электрические параметры циркулятора в заданной полосе частот. Поступая на вход циркулятора волна дифрагирует на ферритовом вкладыше и возбуждает равные по амплитуде поверхностные волны, огибающие феррит в противоположных направлениях. При этом фазовые скорости поверхностных волн оказываются разными.

Подбирая диаметр феррита и величину напряженности поля постоянного магнита можно при сложении поверхностных волн обеспечить расположение пучности напряженности электрического поля в центре одного плеча, а узла напряженности в центре другого плеча. Этим обеспечивается, что энергия из первого плеча передается во второе и не поступает в третье.

^ Применение циркуляторов

Циркуляторы применяются в качестве:

  • устройства обеспечивающего разделение принимаемого и передаваемого СВЧ сигналов (рис.15);



рис.15

  • устройства отводящего отраженный сигнал в поглощающую нагрузку (рис.16);



рис.16

  • устройства согласования между элементами тракта СВЧ.

Параметры циркуляторов

К основным электрическим параметрам циркуляторов относятся:

  • рабочий диапазон частот;

  • значение КСВН;

  • развязка между плечами;

  • затухание сигнала.

Ответвители направленные

Ответвители предназначены для распределения мощности СВЧ сигнала на насколько направлений с заданным ослаблением на каждом из них.

Наибольшее применение нашли ответвители на 2 и 3 направления (одно основное).

Ослабление сигнала в каждом ответвлении может быть регулируемым и нерегулируемым. Обычно ответвители реализуются на четверть волновых полосковых линиях с воздушным заполнением (рис.17).


1   2   3   4   5   6   7   8   9   10

Похожие:

Курс лекций по военно-технической подготовке специалистов вус-121800 \" Основы радиоэлектроники \" iconСправочнике приведены основные понятия и термины из курса лекций...
Чника использован опыт проведения лекций для студентов кафедры менеджмента факультета экономики и управления Северо-Осетинского государственного...
Курс лекций по военно-технической подготовке специалистов вус-121800 \" Основы радиоэлектроники \" iconДомашнее задание от оргкомитета «Привлечение практикующих pr-специалистов...
Онней, и при подготовке специалистов требуются как теоретические, так и прикладные знания. Вузы уделяют большое внимание комплексной...
Курс лекций по военно-технической подготовке специалистов вус-121800 \" Основы радиоэлектроники \" iconКурс лекций для студентов Психоло-педагогических специальностей
Данный курс лекций основан на материале прочитанных автором лекций в различных вузах Москвы и на материале учебной литературы, список...
Курс лекций по военно-технической подготовке специалистов вус-121800 \" Основы радиоэлектроники \" iconКафедра патофизиологии патофизиология в схемах и таблицах (курс лекций)
Настоящее учебное пособие подготовлено коллективом высококвалифицированных патофизиологов, сотрудников кафедры патофизиологии Казахского...
Курс лекций по военно-технической подготовке специалистов вус-121800 \" Основы радиоэлектроники \" iconКурс лекций Красноярск 200 министерство внутренних дел российской федерации
Теория государства и права: курс лекций по специальности 030501. 65 Юриспруденция. – Красноярск: Сибирский юридический институт мвд...
Курс лекций по военно-технической подготовке специалистов вус-121800 \" Основы радиоэлектроники \" iconКурс лекций по общему языкознанию с
Курс лекций по общему языкознанию. Научное пособие. К.: Освита Украины, 2006. 312 с
Курс лекций по военно-технической подготовке специалистов вус-121800 \" Основы радиоэлектроники \" icon«Философские проблемы математики» Курс лекций
Курс лекций «Философские проблемы математики» посвящен философии тех основных проблем, с которыми столкнулась математика в ХХ веке,...
Курс лекций по военно-технической подготовке специалистов вус-121800 \" Основы радиоэлектроники \" iconПрограмма итоговой аттестации выпускников по военной подготовке учебного военного центра
Итоговая государственная аттестация в части военно-профессиональной подготовки выпускников проводится в целях определения уровня...
Курс лекций по военно-технической подготовке специалистов вус-121800 \" Основы радиоэлектроники \" iconПрограмма итоговой аттестации выпускников по военной подготовке учебного военного центра
Итоговая государственная аттестация в части военно-профессиональной подготовки выпускников проводится в целях определения уровня...
Курс лекций по военно-технической подготовке специалистов вус-121800 \" Основы радиоэлектроники \" iconПрограмма итоговой аттестации выпускников по военной подготовке учебного военного центра
Итоговая государственная аттестация в части военно-профессиональной подготовки выпускников проводится в целях определения уровня...
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2014
контакты
vb2.userdocs.ru
Главная страница