Основні тенденції розвитку сучасної радіоелектроніки. Основні характеристики та класифікція лінії передачі. Види щілинної лінії. Використання ліній передач з поперечною електромагнітною хвилею, з магнітною хвилею, з електричною та гібридною хвилею.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

ВСТУП

Сучасний етап науково-технічної революції характеризується широким використовуванням ідей, методів та приладів РЕ. В теперішній час все більша кількість радіоелектронних апаратів НВЧ виконуються на основі широкого використання ІС. Традиційний розвиток радіоелектроніки йде по шляху неперервного розвитку в області все більш коротких хвиль. При чому найчастіше вивчення й технічне освоєння нових діапазонів приходиться практично одночасно. На сьогодні РЕА, визначена для роботи в діапазонах коротких сантиметрових,міліметрових й субміліметрових хвиль.

В результаті інтенсивного розвитку в різних країнах НВЧ-електроніки великих потужностей (особливо в 3- і 10-сантиметрових діапазонах хвиль) увага дослідників була обернена на передачу НВЧ-енергії за допомогою сфокусованих пучків електромагнітних хвиль («безпровідна» передача). Сучасні аерокосмічні і військові вимоги з'явилися стимул-реакцією для розробки нових типів приймальних антен у вигляді випрямних діодних грат з відносно великою поверхнею при надзвичайно малій фазі.

Такі антени, мабуть, можуть використовуватися для підтримки аерокосмічних літальних апаратів і, можливо, навіть для орбітальних або синхронних супутників. Використання для цих цілей важчих і громіздкіших прецизійних параболічних дзеркальних антен практично виключено. Площа таких антен обмежена величиною порядку 100 м2, і для підтримки аерокосмічних і (або) космічних апаратів на необхідних відстанях (наприклад, в ближньому космосі або на синхронній орбіті) цього явно недостатньо.

В даній роботі викладено основну теорію ліній передачі та розрахунки з'єднань між ними.

РОЗДІЛ 1

1.1 Основні тенденції розвитку сучасної радіоелектроніки

Інтегральні схеми у радіоелектроніці виникли в результаті прогресу великої чисельності суміжних наук (фізики, хімії,математики та ін.)

Цікаво подивитися на роль й місце ІС у загальному ході історичного розвитку радіоелектроніки. До теперішнього часу сформувалось та можуть бути в значній степені умовно виділені основні умовні тенденції радіоелектроніки. Нижче опишемо основні тенденції.

Вивчення й технічне освоєння нових,усе більш коротко хвильових діапазонів електромагнітних хвиль. Великі успіхи останніх двох десятиліть - освоєння короткохвильової частини сантиметрового діапазону, а також міліметрових,субміліметрових та оптичних діапазонів - засвідчують про стабільність даного напрямку радіоелектроніки. Визначну цікавість представляє також освоєння діапазону дуже довгих електромагнітних хвиль. Ці два напрямки являють собою картину діелектричної єдності розвитку як радіоелектроніки,так й науки в цілому.

Укорочення довжини хвилі пов'язано, насамперед з необхідністю різкого збільшення швидкості передачі інформації. Відомо , що швидкість передачі інформації пропорційна полосі частот радіосигналу. Звичайним вимогам до радіоканалу являється малість відношення полоси до деякої середньої частоти радіосигналу

Воно засновано на забезпечення мінімального впливу дисперсії каналу зв'язку на радіосигнал.

Збільшення здатності розширення радіолокаційних, радіоастрономічних і т.д. систем визначається шириною діаграми направленості антени, котра пропорційна відношенню ?/D, де ?-довжина хвилі, D-розмір апертури антени. Цікавим прикладом використання коротких довжин хвиль для передачі великих об'ємів інформації являються волоконно оптичні лінії зв'язку.

В даний час використовують лінії протяжністю в декілька сот кілометрів. Втрати складають величину порядком декілька децибел на кілометр. Окрім передачі сигналів на великі відстані, волоконні світлопроводи знаходять найширше вживання в системах так званого внутрішньо об'єктивного зв'язку(виробництво, літаки, кораблі, медична апаратура),впливаючи істотному збільшенню пропускної спроможності каналу зв'язку, економі ї метала і багато чому іншому. Іншими додатками радіоелектроніки коротких хвиль є дослідження властивостей речовини, оцінки впливу електромагнітних випромінювань на хід хімічних і біологічних реакцій.

Підвищення рівня потужності випромінювання. Ця тенденція сучасної радіоелектроніки добре є видимою, хоча і не є очевидною, і може бути, необхідною. Насправді збільшення дальності радіотрас в радіозв'язку дійсно вимагає,на перший погляд, безперервного збільшення потужності радіо передавальних пристроїв. Ще в більшій мірі представляється обґрунтованою необхідність збільшення потужності в промислових апаратах, які предназначені для високочастотного нагріву, сушки, плавки, зварки, різання. Останнім часом з'являються відомості про грандіозні програми з космічної енергетики,термоядерному синтезу, в котрих передбачають використовувати великі потужності НВЧ. В той же час відомо, що якщо відносно малі рівні потужності НВЧ випромінювання не представляють небезпеки або навіть роблять благотворний вплив на живі організми, то великі рівні потужності випромінювання є шкідливими.

1.2 Класифікація ліній передачі НВЧ

Відповідно до ГОСТ лінією передачі НВЧ називається пристрій, що обмежує область поширення електромагнітних коливань і що направляє потік електромагнітної енергії в заданому напрямі. Напрям поширення визначається взаємним розташуванням джерела електромагнітних коливань і навантаження в лінії передачі. Джерелом електромагнітних коливань може служити, наприклад, генератор, підключений до лінії передачі, приймальна антена або пристрій збудження лінії передачі що відбирає частину електромагнітної енергії від іншої лінії передачі або якого-небудь пристрою НВЧ. Навантаженням лінії передачі може служити пристрій, що перетворює електромагнітну енергію (наприклад, в тепло), випромінююча (передавальна) антена, вхідні ланцюги приймача і тому подібне До НВЧ-пристроїв відносяться лінії передачі і перетворювачі НВЧ-енергії, відгалужувачі, фільтри, вентилі і так далі.

Сукупність НВЧ-пристроїв, зчленованих певним чином, утворює тракт НВЧ. Розрізняють регулярні і нерегулярні лінії передачі. В регулярної лінії передачі в подовжньому напрямі незмінні поперечний перетин і електромагнітні властивості заповнюючих середовищ. Якщо одна з умов регулярності відсутня, то така лінія є нерегулярною. Лінія передачі, заповнена однорідним середовищем, називається однорідною. Інакше - неоднорідною. Лінії передачі класифікуються по діапазонах частот. Прийнята і закріплена Гостами термінологія (таблиця. 1.2.1), що визначає довжини, хвиль і частоти електромагнітних коливань. Приведена термінологія обмежена діапазоном частот від 3 кГц до 3000 ГГц (1ГГц = 109 Гц).

Така класифікація обумовлена особливостями поширення радіохвиль в різних діапазонах частот. У таблиці. 1.2.1 діапазон НВЧ відповідає сантиметровим хвилям. Проте на практиці цим терміном визначають діапазон з ширшими кордонами, який включає хвилі від метрових до міліметрових. Лінії передачі класифікуються по типах використовуваних хвиль:

- лінії передачі з поперечною електромагнітною хвилею (T-хвилею);

- лінії передачі з магнітною хвилею (Н хвилею);

- лінії передачі з електричною хвилею (Е хвилею);

- лінії передачі з гібридною хвилею.

Таблиця 1.2.1 - Термінологія

Направивши вісь z прямокутної системи координат уздовж лінії передачі, кожного типу хвилі, можна визначити умовами, представленими в таблиці. 1.2.2 і що накладаються на подовжні Ez і Нz складаючі векторів електричного і магнітного полів відповідно.

Таблиця 1.2.2 - Умови визначення

Типи хвиль	Умови на продольні складові полів
Т-хвилі	Еz=0, Hz=0
Н-хвилі	Еz=0, , Hz0
Е-хвилі	Еz0, , Hz=0
Гібридні хвилі	Еz0, , Hz0

З таблиці. 1.2.2 витікає, що в t-хвилі вектори напруженості електричного і магнітного полів лежать в плоскості, перпендикулярній напряму поширення; у Н хвилі вектор напруженості магнітного поля має подовжню і поперечну складові, а вектор напруженості електричного поля має лише поперечну складову; у Е- хвилі вектор напруженості електричного поля має подовжню і поперечну складові, а вектор напруженості магнітного поля лежить в плоскості поперечного перетину лінії передачі; у гібридній хвилі вектори напруженості електричного і магнітного полів мають і подовжні, і поперечні складові.

Рисунок 1.2.1- Класифікація ліній передачі

Класифікація ліній передачі за видами представлена на Рисунку 1.2.1. Лінія передачі, конструкція якої не допускає пружного або пластичного вигину, називається жорсткою; інакше - гнучкою. Хвилеводом називається лінія передачі, що має одну або декілька провідних поверхонь, з поперечним перетином у вигляді замкнутого провідного контуру, що охоплює область поширення електромагнітної енергії. Якщо такий провідний контур відсутній, то лінія передачі називається відкритою.

лінія передача електромагнітний хвиля



Рисунок 1.2.2 - Поперечні перетини дротяних ліній: а) - двопровідною; б) - чотирьох провідно

До дротяних ниток передачі відноситься повітря дво і чотирьох провідні лін...