Основы теории устройств СВЧ 1. 1. Особенности расчета устройств СВЧ

ОСНОВЫ ТЕОРИИ УСТРОЙСТВ СВЧ 1.1. Особенности расчета устройств СВЧ

Тракт СВЧ любой радиотехнической системы состоит из большого числа различных устройств СВЧ. К их числу относятся отрезки линий пе­редачи, разъемы, изгибы и скрутки, согласующие устройства, фазовра­щатели, фильтры СВЧ, делители мощности СВЧ, невзаимные устройст­ва СВЧ с использованием ферритов, коммутирующие устройства и т.п. Общим для этих и им подобных устройств является то, что они принад­лежат к классу устройств с распределенными параметрами. Геометри­ческие размеры этих устройств сравнимы с длиной волны электромаг­нитных колебаний. Это определяет всю специфику расчета и проектирования устройств СВЧ, так как процессы, происходящие в них, имеют волновой характер.

Теория устройств СВЧ тесно связана с электродинамикой и вклю­чает в себя два больших раздела: анализ устройств СВЧ и син­тез устройств СВЧ. Задача анализа состоит в изучении внешних ха­рактеристик устройств СВЧ, а также в определении этих внешних ха­рактеристик из решения соответствующей внутренней задачи методами прикладной электродинамики или из эксперимента. Задача синтеза устройств СВЧ состоит в определении структуры и геометрических разме­ров элементов устройства СВЧ по заданным его характеристикам.

Изучение внешних характеристик устройств СВЧ может произво­диться без конкретизации их внутренней структуры, что позволяет рассматривать устройство СВЧ как некий "черный ящик", имеющий определенное число выходящих из него линий передачи СВЧ. Каждая из этих линий передачи также является устройством с распределенными параметрами, для которого непременным является волновой характер электромагнитных процессов. Это приводит к необходимости фиксиро­вать продольные координаты поперечных сечений линий передачи или, как говорят, фиксировать клеммные плоскости. Относительно этих клеммных плоскостей проводится отсчет фаз, а в некоторых случаях и амплитуд падающих и отраженных волн. Смещение клеммных плоскостей вдоль входных линий передачи приводит к изменению внешних характеристик устройств СВЧ. В большинстве случаев во входных линиях передачи таких устройств единственной распространяющейся волной является волна основного типа. Остальные типы волн находятся в закритическом режиме. Клеммные плоскости устройства СВЧ стремятся расположить таким образом, чтобы амплитудами закритических волн в них можно было бы пренебречь.

В дальнейшем будем рассматривать пассивные линейные устрой­ства СВЧ. Устройство СВЧ называется пассивным, если в его состав не входят активные преобразующие или усиливающие элементы, напри­мер, транзисторы, электронные устройства СВЧ и т.п. Линейность уст­ройств СВЧ означает независимость его характеристик от величины подводимой к нему мощности. Внешние характеристики пассивных линейных устройств СВЧ связаны между собой системами линейных алгебраических уравнений. Поэтому в теории устройств СВЧ широко используется математический аппарат теории матриц.

ОСНОВЫ ТЕОРИИ УСТРОЙСТВ СВЧ 1.1. Особенности расчета устройств СВЧ

Тракт СВЧ любой радиотехнической системы состоит из большого числа различных устройств СВЧ. К их числу относятся отрезки линий пе­редачи, разъемы, изгибы и скрутки, согласующие устройства, фазовра­щатели, фильтры СВЧ, делители мощности СВЧ, невзаимные устройст­ва СВЧ с использованием ферритов, коммутирующие устройства и т.п. Общим для этих и им подобных устройств является то, что они принад­лежат к классу устройств с распределенными параметрами. Геометри­ческие размеры этих устройств сравнимы с длиной волны электромаг­нитных колебаний. Это определяет всю специфику расчета и проектирования устройств СВЧ, так как процессы, происходящие в них, имеют волновой характер.

Теория устройств СВЧ тесно связана с электродинамикой и вклю­чает в себя два больших раздела: анализ устройств СВЧ и син­тез устройств СВЧ. Задача анализа состоит в изучении внешних ха­рактеристик устройств СВЧ, а также в определении этих внешних ха­рактеристик из решения соответствующей внутренней задачи методами прикладной электродинамики или из эксперимента. Задача синтеза устройств СВЧ состоит в определении структуры и геометрических разме­ров элементов устройства СВЧ по заданным его характеристикам.

Изучение внешних характеристик устройств СВЧ может произво­диться без конкретизации их внутренней структуры, что позволяет рассматривать устройство СВЧ как некий "черный ящик", имеющий определенное число выходящих из него линий передачи СВЧ. Каждая из этих линий передачи также является устройством с распределенными параметрами, для которого непременным является волновой характер электромагнитных процессов. Это приводит к необходимости фиксиро­вать продольные координаты поперечных сечений линий передачи или, как говорят, фиксировать клеммные плоскости. Относительно этих клеммных плоскостей проводится отсчет фаз, а в некоторых случаях и амплитуд падающих и отраженных волн. Смещение клеммных плоскостей вдоль входных линий передачи приводит к изменению внешних характеристик устройств СВЧ. В большинстве случаев во входных линиях передачи таких устройств единственной распространяющейся волной является волна основного типа. Остальные типы волн находятся в закритическом режиме. Клеммные плоскости устройства СВЧ стремятся расположить таким образом, чтобы амплитудами закритических волн в них можно было бы пренебречь.

В дальнейшем будем рассматривать пассивные линейные устрой­ства СВЧ. Устройство СВЧ называется пассивным, если в его состав не входят активные преобразующие или усиливающие элементы, напри­мер, транзисторы, электронные устройства СВЧ и т.п. Линейность уст­ройств СВЧ означает независимость его характеристик от величины подводимой к нему мощности. Внешние характеристики пассивных линейных устройств СВЧ связаны между собой системами линейных алгебраических уравнений. Поэтому в теории устройств СВЧ широко используется математический аппарат теории матриц.