Моделирование волноводных устройств СВЧ

Прогресс радиоэлектроники сопровождается быстрым развитием теории и техники СВЧ - устройств. Возрастает сложность СВЧ трактов, повышаются требования к электрическим характеристикам и качеству выполнения СВЧ - узлов.

В число наиболее распространённых элементов СВЧ-устройств входят отрезки линий передачи, переходные и стыковочные узлы, согласующие элементы, ответвители и поглотители мощности, фильтры, фазовращатели и т. д. Совокупность СВЧ-устройств, сочлененных между собой определенным образом, называют трактом СВЧ.

В радиосистеме тракт обычно занимает место между антенной и радиопередающим и радиоприёмным устройствами. Тракт осуществляет канализацию электромагнитной энергии, обеспечивает правильный режим выходных и входных цепей передатчика и приёмника, выполняет предварительную частотную фильтрацию сигналов.

Тракты СВЧ широко используются в РЛС и других радиосредствах, разнообразной измерительной аппаратуре. Помимо радиолокационных применений, волноводы используются в аппаратуре связи, телевидения и навигации, применяются для измерения и контроля параметров различных сред, контроля технологических процессов, для охраны территорий и объектов [1].

Расширяется круг промышленных применений техники сверхвысоких частот, таких как СВЧ - нагрев и сушка изделий, бесконтактная передача мощности. Все шире волноводная техника внедряется в научные исследования в областях радиоспектроскопии, атомной физики (в ускорителях элементарных частиц), радиоастрономии, медицины и биологии [3].

Исторически становление и развитие техники СВЧ-устройств в основном было продиктовано потребностью в увеличении числа каналов радиосвязи при возрастающих требованиях к ширине полосы частот одного канала (от телеграфа к радиовещанию, затем к телевидению, радиолокации и радиорелейным линиям связи). Хотя первые соображения о теоретических возможностях передачи электромагнитных волн по металлическим трубам были высказаны еще в прошлом веке (Дж. Дж. Томсон, 1893 г., Рэлей, 1897 г.), практические устройства для волноводной передачи электромагнитных колебаний были созданы только в 30-40-х годах XX в., когда появились эффективные источники непрерывных колебаний дециметрового и сантиметрового диапазонов волн. Дальнейшее развитие техники СВЧ-устройств было связано с зарождением радиолокации в 40-50-х годах. С тех пор наблюдается бурный рост теоретических и экспериментальных исследований в области СВЧ-устройств. Этот рост, с одной стороны, связан с модернизацией и применением ранее известных устройств (линий передачи, согласующих элементов, делителей мощности и др.) на все более высоких частотах - вплоть до субмиллиметровых волн и инфракрасного излучения. С другой стороны, происходит создание ряда новых устройств на основе достижений физики твердого тела и прогрессивной технологии - это полупроводниковые и ферритовые управляющие устройства СВЧ, микрополосковые линии передачи и интегральные схемы СВЧ. На этом пути можно ожидать особенно больших успехов, если будут созданы новые синтетические диэлектрики, обладающие высокой диэлектрической постоянной при весьма малых высокочастотных потерях [3].

Значительный вклад в теорию волноводов внесли советские ученые. Теоретические вопросы возбуждения волноводов были разработаны в 40-50-х годах А.Л. Драбкиным, И.И. Вольманом, Г.В. Кисунько, Г.Т. Марковым и Е.М. Студенковым. Советскими учеными была также создана теория невзаимных устройств СВЧ с ферритами (А.Л. Микаэлян, А.Г. Гуревич, В.В. Никольский), теория полупроводниковых переключающих и фазирующих устройств (Б.В. Сестрорецкий) и теория синтеза фильтров и направленных восьмиполюсников СВЧ (А.Л. Фельдштейн, А.М. Модель).

Интенсивное развитие техники СВЧ продолжается и теперь. Наблюдается непрерывное расширение круга используемых узлов и элементов на основе новых физических принципов и технологии, а также происходит совершенствование расчетов уже известных устройств путем использования более строгого подхода в сочетании с возможностями ЭВМ [1].

Несмотря на разнообразие применяемых устройств СВЧ и их элементов, основу построения любых СВЧ-трактов составляет достаточно общая и единая теория цепей СВЧ. Эта теория базируется на матричном аппарате линейной алгебры, теории функций комплексной переменной и некоторых других разделах математики и в настоящее время ориентирована на преимущественное применение ЭВМ в качестве основного инструмента для расчета и проектирования.

Лучшие статьи по информатике

Проектирование автоматизированного реабилитационного устройства, предназначенного для реабилитации кистевого сустава человека
В современном мире нас повсюду окружают новейшие достижения техники. Невозможно представить ни одну из сфер деятельности человека без использования мехатрон ...

Проектирование передатчика с угловой модуляцией сухопутной подвижной службы
При расчете радиопередающего устройства необходимо отметить назначение передатчика. Назначение передатчика - преобразование энергии источника питания в э ...

Расчет цифровой радиорелейной линии связи
Линии радиорелейной связи - современный и перспективный для дальнейшего развития, способ передачи информации на большие расстояния. Применение радиорелейных ...

Меню сайта