Министерство образования и науки Российской Федерации.
Балтийский Государственный Технический университет.
Кафедра радиоэлектронных систем управления
Давичук А.Г., Смирнов В.В.
Введение в теорию и практику исследования устройств сверхвысоких частот и антенн
Учебно-методическое пособие по дисциплине « Устройства СВЧ и антенны»
Санкт-Петербург,
2013 год
1.Введение.
Антенны и устройства сверхвысоких частот (СВЧ) являются важнейшими элементами радиоэлектронных систем (РЭС).
Под СВЧ диапазоном обычно понимают диапазон частот (100 МГц – 300 ГГц)
Типовая схема РЭС имеет следующий вид:
Рисунок 1
В радиопередающем устройстве (РПУ) формируется СВЧ сигнал, несущий определенную информацию для приемной стороны. Выход передатчика нагружен на передающий фидерный тракт (ФТ1), задачей которого является передача сформированного РПУ СВЧ сигнала на вход передающей антенны (А1) с минимальными потерями энергии и минимальными искажениями СВЧ сигнала. Для этого ФТ1 должен быть согласован на входе с выходом РПУ и на выходе с входом А1.
Передающая антенна (А1) преобразует энергию СВЧ колебаний в энергию электромагнитных волн (ЭМВ), распространяющихся в пространстве (в канале передачи). Антенна может быть изотропной(всенаправленной) и направленной ( концентрирующей энергию ЭМВ в определенном телесном угле).
В канале передачи ( обычно, в свободном пространстве) существуют разного рода помехи, а также образования, поглощающие и рассеивающие энергию ЭМВ. В связи с этим передаваемый сигнал приходит в приемную антенну (А2) ослабленным и искаженным помехами.
Приемная антенна (А2) преобразует энергию электромагнитных волн, несущих определенную информацию от передающей стороны , в энергию СВЧ колебаний, передаваемых с выхода антенны на вход приемного фидерного тракта (ФТ2). С выхода ФТ2 СВЧ колебания поступают на вход радиоприемного устройства (РПрУ).
Для выделения (селекции) полезных сигналов из помех особые требования предъявляются к характеристикам направленности приемной антенны, ее поляризационным характеристикам.
Приемный фидерный тракт должен обеспечен минимальные потери энергии принятых (очень слабых) сигналов и минимальные их искажения. Для этого фидерный тракт должен быть согласован на входе с выходом приемной антенны и на выходе – с входом радиоприемного устройства (РПрУ).
Фидерные тракты кроме передачи и селекции полезных сигналов должны обеспечивать возможность контроля, совместной работы передатчика и приемника на одну антенну (в однопозиционных импульсных радиолокационных станциях) и т. д.
Типичный фидерный тракт состоит из регулярных отрезков линии передачи (волноводов, коаксиальных и двухпроводных линий, полосковых и микрополосковых линий и т.д.) и различных нерегулярностей (неоднородностей). Примерами нерегулярностей являются согласующие устройства, переходные и стыковые узлы, ответвители, делители мощности, аттенюаторы и поглощающие нагрузки, фильтры, фазовращатели, вентили, коммутаторы и прочие.
Несмотря на огромное разнообразие используемых на практике устройств СВЧ в основу их анализа и синтеза положена единая теория цепей СВЧ. Она базируется на матричном аппарате линейной алгебры, теории функций комплексной переменной электротехнической теории длинных линий и некоторых других разделах математики, ориентированных на применение ЭВМ.
Строгий анализ электродинамических процессов в устройствах СВЧ очень сложен. На практике особое внимание уделяют воздействию тех или иных элементов на характер прохождения основной волны, не отвлекаясь на появление полей высших порядков. При таком подходе каждый элемент СВЧ представляется при анализе и синтезе определенной идеализированной математической моделью.
Реальная схема волноводного тракта однопозиционной радиолокационного станции (РЛС) 3-х сантиметрового диапазона представлена на рисунке 2 , а упрощенная структурная схема – на рисунке 3.
Рисунок 3
Рисунок 4
СВЧ импульсы от магнетронного передатчика (РПУ) поступают в вентиль (это ферритовый элемент, пропускающий СВЧ колебания практически в одном направлении). Для контроля мощности передатчика часть его энергии поступает к индикатору проходящей мощности (Инд. Рп). Часть мощности через направленный ответвитель (НО) подается в систему автоматической подстройки частоты гетеродина (АПЧГ) приемника (супергетеродинный приемник обеспечивает основное усиление сигнала на промежуточной частоте fпр = f0 – fг = const, f0 – частота передатчика, она, зачастую, нестабильна; поэтому надо подстраивать гетеродин приемника для обеспечения fпр = const).
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
