На 1 страницу

         

Диаграмма Смита

  Touchstone

MMICAD

MMICAD LAYOUT

  Microwave Office

 LIBRA

Aplac

Sonnet

HFSS

 

Serenade

 

Harmonica

 

MOMENTUM

 

Microwave Explorer

 

Series IV

Уравнения Максвелла  

Ряды Вольтерра  

  Метод моментов

  Динамический диапазон

  Мощность насыщения

Шумы  

 

ЛЕКЦИЯ 1

СИСТЕМЫ И УСТРОЙСТВА СВЧ

Процесс создания новой техники всегда связан с созданием новых приборов и устройств. Сложные взаимоотношения между заказчиком и разработчиком требует от молодого специалиста твердых знаний терминологии, логики мышления, понимание ключевых проблем проектирования и применения приборов, устройств и систем. Возможно, в процессе работы ему не так часто будет нужно решать уравнения Максвелла в чистом виде, но понимать, как это делает компьютерная программа, понимать, какие алгоритмы и методы измерения положены в основу работу измерительных приборов и современных компьютерных программ проектирования- это требование не лишнее для молодого пополнения научных и инженерных кадров. Сильная сторона молодых кадров - в их способности уловить суть проблемы на интуитивном уровне, в умении обойти недостающее звено при логическом построении алгоритма решения проблемы.

В курсе лекции рассматривается набор ключевых проблем проектирования СВЧ приборов и устройств, и каждая из задач решается “от и до” с сохранением логики рассуждения и вывода теоретических формул.

Сначала познакомимся с терминологией, которая помогает расшифровать общее содержание курса “Проектирование, производство и применение СВЧ приборов и устройств”.

Проектирование – это процесс создания технической документации: рабочих чертежей и пояснительной записки на основании технического задания (ТЗ) Главного конструктора.

Важными этапами проектирования являются НИР (научно-исследовательская работа) и ОКР (опытно-конструкторская работа), создание опытного образца и отработка ТУ - технических условий эксплуатации.

Производство - процесс физической реализации устройства с использованием современных технологических процессов. Включает создание опытной серии, серийное производство и модернизацию.

Применение – это включение узла, прибора или устройства в систему, тракт, на основании ТУ. Если данные ТУ неполные, необходимо провести входной контроль - серию лабораторных испытаний изделия.

СВЧ приборы – отдельные неделимые элементы СВЧ тракта: п/п диоды, транзисторы, диоды Ганна, ЛПД, микросхемы СВЧ, СВЧ лампы, клистроны, ЛБВ-О, ЛОВ-О, ЛБВ, ЛОВ-М магнетроны, фильтры и др.

СВЧ устройства – законченные функциональные СВЧ блоки - диодные головки, фильтры, автогенераторы, транзисторные СВЧ усилители, умножители, смесители (преобразователи частоты).

СВЧ тракт – отдельный функционально законченный и выполняющий автономную задачу блок - радиоприемный тракт, передающий тракт, антенно-фидерный тракт.

СВЧ система – сложное соединение различных блоков и трактов, выполняющее определенную техническую задачу - например передачу информации от абонента к получателю, обнаружение цели, причаливание корабля к причалу и др. Диапазон СВЧ: 100 МГц - 30 ГГц. Для нижней частоты f в этом диапазоне, длина волны в свободном пространстве

l = с / f 
- скорость света) и для нижней частоты СВЧ диапазона равна 3x108 м/сек / 100 x 106 = 3 м.

Рис.1.2. Система связи

Радиолокационная станция - система обнаружения цели
(некогерентная импульсная РЛС)

Рис.1.3. Система радиолокации

Отметим, что информацию несет только промодулированный сигнал. Если объект движется, частота приемного сигнала смещается относительно частоты сигнала, направленного в сторону объекта. Если в системе измеряется радиальная скорость объекта, скорость удаления или приближения, то такая система называется доплеровской радиолокационной системой. Доплеровское смещение частоты равно 

                                         

                               (1.2)     

В радиотехнических системах можно выделить тракты СВЧ: радиоприемный тракт СВЧ, радиопередающий тракт СВЧ, антенно-передающий тракт.

Элементы СВЧ трактов и их назначение.

Антенна - преобразователь направляемых электромагнитных волн в тракте в радиоволны и наоборот.

Основные типы антенн:

Проводные, на основе диполей,

Рупорные,

Щелевые,

Спиральные,

Зеркальные,

Полосковые,

Антенные решетки.

Антенный переключатель (АП):

служит для переключения режима прием-передача и обеспечения развязки между приемником и передатчиком. Развязка может быть по времени, по частоте, по каналу. Обеспечивает защиту приемника от мощного излучения передатчика и излучений соседних станций.

Конструкции АП:

на вакуумных разрядниках и p-i-n- диодах,
на основе направленного ответвителя,
балансные (гибридное кольцо),
циркуляторы (ферритовые).

 
Ограничители мощности
(автономные или с обратной связью, принудительные):
на разрядниках, на p-i-n диодах, поляризационного типа на ферритовых элементах.

Смесители СВЧ:

Служат для переноса полезного сигнала на другую (как правило, более низкую частоту (преобразование на промежуточную частоту)). Если преобразований несколько - то это называется многократным преобразованием. Например: 10 ГГц - 3 ГГц - 100 МГц - 5 МГц - 100 КГц.

Реализуется смеситель чаще всего на СВЧ диодах: точечно-контактных, диодах с барьером Шоттки (ДБШ) - в керамических, коаксиальных корпусах , или специальных планарных СВЧ схемах на подложках. СВЧ диоды с балочными выводами в этом случае припаиваются.

Небалансный смеситель - так называется смесительная камера с диодом,
Балансные смесители - подавляют шумы гетеродина типа 1/f. C помощью четырехплечного моста СВЧ на входе смесительных камер создаются соответствующие фазовые соотношения полезного сигнала и сигнала гетеродина так, что любые флуктуации мощности гетеродина компенсируются.
Сложные смесители
- с компенсацией потерь на побочных частотах преобразования, благодаря чему они имеют более низкие коэффициенты шума.

Малошумящие усилители : на ЛБВ, лампах, транзисторах (кремниевых и на основе арсенида галлия). Разрабатываются в микрополосковом или волноводном исполнении. Важным элементом последних являются волноводно- микрополосковые переходы.

Задающий генератор : высокостабильный генератор на транзисторе достаточно низкой частоты (десятки МГц). Частота стабилизируется термостатом, в котором находится кварц, и стабилизаторами напряжения. За опорным генератором следуют умножители частоты, доводящую частоту до гетеродинной. В умножительном тракте требуется хорошая фильтрация побочных колебаний гармоник и межсигнальных биений.

Другой подход построения задающего генератора - использование магнетрона или ЛОВ с последующим усилением мощности, а также, в последнее время - генератора на лавинно-пролетном диоде (ЛПД).

 

 

Если Вы хотите получить полное описание программы на русском языке, пошлите e-mail по адресу kurushin@mail.ru.
© 2000 СВЧ проектирование
Последняя модификация: июля 17, 2000