Теория и техника СВЧ

А. И. Астайкин, К. В. Троцюк, С. П. Ионова, В. Б. Профе

Теория и техника СВЧ

Учебное пособие. Саров: ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», 2008, 464 с. ISBN-978-5-9515-0109-7

Целью учебного пособия является обучение читателя основам теории СВЧ и проектирования микроволновых устройств. В пособии представлены основы электродинамики для расчета и проектирования микроволновых устройств.
Для иллюстрации материала приведен ряд примеров решения задач проектирования СВЧ устройств. Подробно рассмотрены наиболее важные этапы расчета основных функциональных узлов конструкций пассивных СВЧ устройств.
Учебное пособие ориентировано на читателя, имеющего базовые знания в области радиотехники и электроники. Может быть использовано в качестве справочного пособия студентами старших курсов технических вузов и инженерами при проведении расчетно-конструкторских работ.

Категория:

СОДЕРЖАНИЕ

Глава 1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ
1.1. Задачи электродинамики
1.2. Вектор напряженности электрического поля Ē
1.3. Поток вектора Ē. Теорема Гаусса
1.4. Вектор электрического смещения D. Обобщенная теорема Гаусса
1.5. Вектор магнитной индукции B
1.6. Поток вектора B
1.7. Вектор напряженности магнитного поля H
1.8. Закон электромагнитной индукции
1.9. Вывод дифференциальных уравнений электродинамики. Ток смещения
1.10. Основные уравнения электродинамики
1.11. Сторонние токи
1.12. Энергия электромагнитного поля
1.12.1. Теорема Пойнтинга в интегральной форме
1.12.2. Вектор Пойнтинга для комплексных амплитуд
1.13. Граничные условия
1.13.1. Граничные условия для нормальных компонент векторов поля
1.13.2. Граничные условия для тангенциальных компонент векторов поля
1.14. Решение волнового уравнения для произвольной передающей линии
1.15. Фазовая и групповая скорость волн. Длина волны в линиях СВЧ
1.16. Типы волн
1.17. Дисперсия в линиях передачи СВЧ

Глава 2. ТЕОРИЯ ЦЕПЕЙ С РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ
2.1. Эквивалентная схема линии с распределенными параметрами
2.2. Телеграфные уравнения
2.3. Явления отражения волн в линиях
2.4. Входное сопротивление и волновое сопротивление линии
2.5. Основные соотношения теории длинных линий

Глава 3. ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ СВЧ
3.1. Радиочастотные кабели
3.2. Коаксиальная линия передачи
3.2.1. Волновое сопротивление коаксиальной линии с ТЕМ волной
3.3. Двухпроводная линия передачи
3.4. Волноводные линии передачи
3.4.1. Типы волноводных линий
3.4.2. Прямоугольный волновод
3.4.3. Круглый волновод
3.4.4. П – и Н – волноводы
3.4.5. Запредельный волновод
3.4.6. Изгибы волноводного тракта
3.4.7. Особенности изготовления волноводов
3.5. Полосковые и микрополосковые линии передачи
3.5.1. Основные типы полосковых линий
3.5.2. Несимметричная полосковая линия
3.5.3. Симметричная полосковая линия
3.5.4. Связанные полосковые линии
3.5.4.1. Типы связанных полосковых линий
3.5.4.2. Симметричные полосковые линии с боковой связью с тонкими проводниками
3.5.4.3. Симметричные полосковые линии с толстыми прямоугольными проводниками с боковой связью
3.5.4.4. Связанные полосковые линии с круглыми проводниками
3.5.4.5. Симметричные полосковые линии с лицевой связью
3.5.4.6. Несимметричные полосковые линии с боковой связью
3.5.5. Способ изготовления полосковых линий
3.5.6. Материалы, используемые для подложек полосковых линий
3.6. Электрическая прочность линий передачи СВЧ

Глава 4. СОГЛАСОВАНИЕ ЛИНИЙ ПЕРЕДАЧИ
4.1. Коэффициент отражения
4.2. Согласование и КПД линии передачи
4.3. Круговая диаграмма полных сопротивлений. Диаграмма Вольперта-Смита
4.4. Принципы узкополосного согласования
4.4.1. Общие положения узкополосного согласования
4.4.2. Сосредоточенные реактивности
4.4.3. Шлейфы
4.4.4. Четвертьволновый и полуволновой трансформаторы
4.4.5. Согласование с помощью нескольких каскадно включенных реактивностей
4.5. Широкополосное согласование
4.5.1. Общие положения
4.5.2. Ступенчатые переходы
4.5.2.1. Приближенный метод расчета ступенчатых переходов
4.5.2.2. Методика расчета ступенчатых переходов
4.5.3. Плавные переходы
4.6. Элементы СВЧ тракта
4.6.1. Согласованные нагрузки
4.6.2. Реактивные нагрузки
4.6.3. Изоляторы
4.6.3.1. Диэлектрические изоляторы
4.6.3.2. Металлические изоляторы
4.6.4. Повороты линий передач
4.6.4.1. Повороты и изгибы коаксиальной линии
4.6.4.2. Повороты волноводной линии
4.6.4.3. Повороты полосковой линии
4.6.5. Соединители радиочастотные
4.6.5.1. Требования к сочленениям СВЧ устройств
4.6.5.2. Коаксиальные соединители
4.6.5.3. Волноводные сочленения
4.6.6. Переходы
4.6.6.1. Общие сведения
4.6.6.2. Переходы между коаксиальными линиями
4.6.6.3. Переходы между волноводами
4.6.6.4. Переходы от коаксиальной линии к волноводу
4.6.6.5. Полосковые переходы
4.6.6.6. Переходы на замедляющие системы
4.6.7. Высокочастотные окна вывода энергии
4.6.7.1. Технические требования
4.6.7.2. Коаксиальные окна вывода энергии
4.6.7.3. Волноводные окна вывода энергии

Глава 5. МНОГОПОЛЮСНЫЕ УСТРОЙСТВА СВЧ
5.1. Принцип декомпозиции многополюсных устройств СВЧ
5.2. Анализ четырехполюсников и двухполюсников с помощью матриц
5.3. Основные определения матричной теории
5.4. Матрица рассеяния
5.5. Матрицы сопротивлений и проводимостей
5.6. Соотношения между матрицами многополюсника
5.7. Перенумерация входов
5.8. Зависимость матриц многополюсника от положения плоскостей отсчета фаз
5.9. Понятие об идеальной и реальной матрицах
5.10. Взаимные многополюсники
5.11. Недиссипативные многополюсники
5.12. Симметричные многополюсники
5.13. Метод декомпозиции многополюсников
5.14. Типы направленности многополюсников

Глава 6. НАПРАВЛЕННЫЕ ОТВЕТВИТЕЛИ, МОСТЫ И ДЕЛИТЕЛИ МОЩНОСТИ
6.1. Общие сведения
6.2. Направленные ответвители на полосковой линии
6.2.1. Направленные ответвители на симметричной полосковой линии
6.2.1.1. Направленные ответвители с лицевой связью
6.2.1.2. Направленные ответвители с боковой связью
6.2.2. Направленные ответвители на несимметричной полосковой линии
6.2.3. Многосекционные направленные ответвители
6.2.4. Шлейфный направленный ответвитель
6.3. Мостовые устройства СВЧ
6.3.1. Гибридные кольца длиной 3 λ/2
6.3.2. Гибридное кольцо с неравным делением мощности на выходах
6.4. Делители и сумматоры мощности
6.4.1. Назначение и область применения. Принципиальные схемы делителей и сумматоров мощности
6.4.2. Кольцевой делитель мощности длиной λ/2
6.4.3. Делитель с неравным делением мощности
6.5. Направленные ответвители на коаксиальной линии
6.5.1. НО на коаксиальной линии с круглыми проводниками
6.5.2. Трехдецибельный направленный ответвитель конструкции Кона
6.6. Направленные ответвители на волноводах
6.6.1. Типы направленных ответвителей на волноводах
6.6.2. Направленный ответвитель с одним круглым отверстием связи
6.6.3. Ответвитель с узкой щелью в широкой стенке двух параллельных волноводов
6.6.4. Ответвитель с крестообразным отверстием связи в общей широкой стенке двух перпендикулярных волноводов
6.6.5. Волноводный мост с несколькими отверстиями связи в узкой стенке
6.6.6. Волноводный «многодырочный» направленный ответвитель с полной связью
6.6.7. Волноводный щелевой мост
6.6.8. Кольцевой волноводный мост

Глава 7. ФИЛЬТРЫ СВЧ
7.1. Назначение фильтров
7.2. Классификация фильтров
7.3. Технические требования
7.4. Выбор типа конструкции
7.5. Способы реализации элементов цепей в конструкциях фильтров
7.6. Фильтры-прототипы
7.7. Фильтры нижних частот
7.7.1. Характеристики ФНЧ
7.7.2. Типы ФНЧ
7.7.3. Методика расчета ФНЧ
7.7.4. Расчет ФНЧ коаксиального типа
7.7.5. Конструкция ФНЧ коаксиального типа
7.7.6. Расчет ФНЧ на полосковой линии
7.8. Фильтры верхних частот
7.8.1. Характеристика ФВЧ
7.8.2. Типы ФВЧ
7.8.3. Расчет ФВЧ
7.9. Полосно-пропускающие фильтры
7.9.1. Характеристики ППФ
7.9.2. Типы конструкций ППФ
7.9.3. Частотные преобразования при переходе от прототипа ФНЧ к ППФ
7.9.4. ППФ на встречных стержнях с узкой и средней полосой пропускания
7.9.5. Фильтр на встречных стержнях с широкой полосой пропускания
7.9.6. Полосно-пропускающий гребенчатый фильтр
7.10. Полосно-запирающие фильтры
7.10.1. Типы ПЗФ
7.10.2. Расчет ПЗФ

Глава 8. АТТЕНЮАТОРЫ
8.1. Типы аттенюаторов
8.2. Фиксированные аттенюаторы на сосредоточенных элементах
8.3. Предельные аттенюаторы
8.4. Аттенюаторы на делителях мощности
8.5. Поляризационные аттенюаторы
8.6. Электрически управляемые аттенюаторы

Глава 9. ОБЪЕМНЫЕ РЕЗОНАТОРЫ
9.1. Характеристики и свойства резонаторов
9.2. Типы резонаторов
9.2.1. Коаксиальные резонаторы
9.2.2. Волноводный резонатор полуволнового типа прямоугольного сечения
9.2.3. Цилиндрический резонатор
9.3. Связь с объемными резонаторами
9.3.1. Связь с коаксиальными резонаторами
9.3.2. Связь с волноводными резонаторами

Глава 10. ЗАМЕДЛЯЮЩИЕ СИСТЕМЫ
10.1. Методы получения медленных волн
10.2. Основные характеристики замедляющих систем
10.3. Методы расчета замедляющих систем
10.4. Спиральная замедляющая структура
10.5. Дисперсионная характеристика ЗС типа цепочки связанных резонаторов

Глава 11. ФЕРРИТОВЫЕ УСТРОЙСТВА
11.1. Свойства ферритовых материалов
11.2. Устройства СВЧ с ферритами
11.3. Невзаимные и управляющие устройства СВЧ с ферритами
11.4. Фазовые циркуляторы
11.5. Ферритовые фазовращатели
11.6. Ферритовые фильтры
Список литературы