Opis
Liniowe elementy i układy mikrofalowe
autor: Jerzy Chramiec
Wydawnictwo Uniwersytet Morski w Gdyni
Skrypt stanowi podstawową pomoc dydaktyczną w nauczaniu takich przedmiotów, jak elementy i układy bardzo wysokich częstotliwości oraz liniowe i pasywne układy mikrofalowe w systemach telekomunikacyjnych, prowadzonych na Wydziale Elektrycznym Uniwersytetu Morskiego w Gdyni. Stanowi bogatą podstawę tematyczną do ćwiczeń i projektów z zakresu komputerowych symulacji układów mikrofalowych oraz pomoc w odniesieniu do licznych przedmiotów powiązanych z wykorzystaniem mikrofal. Publikacja może być wykorzystywana na innych uczelniach technicznych.
W trakcie redagowania podręcznika dążono do przedstawienia tematyki liniowych układów mikrofalowych w sposób możliwie prosty i dobrze ilustrujący aktualny stan tej dziedziny elektroniki. Szczególną uwagę zwrócono na wyjaśnianie zasad działania elementów i układów. Wzory, zależności i dane liczbowe są przytaczane wówczas, kiedy służą temu celowi, pokazują pewne ograniczenia lub nadają się do bezpośredniego wykorzystania w ćwiczeniach i projektach. Dość szczegółowy podział rozdziałów powinien ułatwiać prowadzącym zajęcia wybór tematów dostosowanych do potrzeb i ram czasowych przedmiotów, na których potrzeby opracowano niniejszy podręcznik.
Niniejszy podręcznik ma stanowić podstawową pomoc dydaktyczną w nauczaniu przedmiotów „Elementy i układy bardzo wysokich częstotliwości” oraz „Liniowe
i pasywne układy mikrofalowe w systemach telekomunikacyjnych”. Zakres omawianych zagadnień wykracza często poza treści zawarte w programach przewidujących 15 lub 8 godzin wykładowych. Jednym z celów skryptu było bowiem stworzenie bogatej bazy tematycznej dla ćwiczeń z zakresu komputerowych symulacji układów mikrofalowych czy też projektów. Podręcznik może również pełnić rolę pomocniczą w odniesieniu do licznych przedmiotów powiązanych z wykorzystaniem mikrofal (można tu dla przykładu wskazać „Anteny i propagację fal”, „Systemy radiokomunikacji satelitarnej”, „Systemy radiokomunikacji morskiej”, „Zastosowania techniki mikrofalowej”). Ze względu na brak na krajowym rynku wydawniczym aktualnej pozycji z zakresu liniowych układów mikrofalowych publikacja ta może być także wykorzystywana przez inne uczelnie techniczne.
Właściwości mikrofal oraz podstawowe pojęcia i definicje związane z mikrofalowymi prowadnicami falowymi przypomniano w rozdziałach 2 i 3. W rozdziale 4 omówiono technologie realizacji liniowych układów mikrofalowych, uwzględniając przy tym monolityczne mikrofalowe układy scalone z uwagi na ich rolę w technice wzmacniania słabych sygnałów. Podstawową wiedzę o prowadnicach falowych wyniesioną z przedmiotu „Technika mikrofalowa” uzupełnia zamieszczone w rozdziale 5 omówienie najważniejszych prowadnic pojedynczych i sprzężonych. W rozdziale 6 wprowadzono pojęcie nieciągłości prowadnicy falowej, wyjaśniono fizyczne podstawy tworzenia układów zastępczych nieciągłości oraz przytoczono szereg modeli nieciągłości ważnych z uwagi na konieczność ich uwzględniania w trakcie projektowania układów W rozdziale 7 przedstawiono problemy związane z wykorzystaniem w zakresie mikrofal pasywnych elementów o stałych skupionych, zwracając uwagę na występujące w nich zjawiska pasożytnicze i metody tworzenia niezbędnych dla projektanta układów zastępczych. Zasady realizacji kondensatorów, induktorów, transformatorów impedancji i rezonatorów przy użyciu odcinków prowadnic falowych omówiono w rozdziale 8. W rozdziale 9 wyjaśniono podstawy działania programów komputerowych wspomagających modelowanie i projektowanie liniowych układów mikrofalowych. Dalsze rozdziały poświęcone są elementom i układom mikrofalowym o narastającym stopniu komplikacji – od elementów jednowrotowych (rozdział 11) przez dwuwrotniki (rozdział 12) do wybranych wielowrotników (rozdział 13). Ze względu na ogromnie ważną rolę filtrów i multiplekserów w systemach mikrofalowych osobny rozdział 14 przedstawia zasady działania i projektowania tych układów. W końcowym rozdziale 15 opisano podstawowe metody projektowania mikrofalowych tranzystorowych wzmacniaczy słabych sygnałów ze szczególnym uwzględnieniem problemu stabilności i optymalnego wykorzystania doskonałych właściwości szumowych współczesnych tranzystorów mikrofalowych.
SPIS TREŚCI
Strona
Wykaz ważniejszych oznaczeń i skrótów . 7
Wstęp . 11
1. Zakres i zastosowania mikrofal… 13
1.1. Zakres mikrofal …. 13
1.2. Właściwości zakresu mikrofal… 13
1.3. Przykłady systemów mikrofalowych …. 15
2. sPod tawy teoretyczne… 17
2.1. Równania Maxwella …. 17
2.2. Równania falowe i ogólne właściwości prowadnic falowych ..20
2.3. Prowadnice TEM … 21
2.4. Współczynnik odbicia, fale stojące, współczynnik fali stojącej… 24
2.5. Prowadnice TE i TM …. 25
2.6. Macierz współczynników rozproszenia …… 27
3. Technologie realizacji układów mikrofalowych ……. 29
3.1. Realizacja układów mikrofalowych z wykorzystaniem metod
obróbki mechanicznej …. 29
3.2. Technologia elektroformowania ….. 30
3.3. Technologia hybrydowych mikrofalowych układów scalonych..30
3.3.1. Cienkowarstwowe HMUS .. 31
3.3.2. Grubowarstwowe HMUS…… 33
3.3.3. Układy wielowarstwowe wykorzystujące technologię HMUS …….. 34
3.4. Monolityczne mikrofalowe układy scalone (MMUS) …… 35
3.4.1. Podłoża do MMUS ……. 36
3.4.2. Zarys procesu realizacji MMUS …… 37
3.5. Technologia MEMS ..…. 39
4. Najważniejsze prowadnice falowe …… 41
4.1. Linia współosiowa …… 41
4.2. Linie symetryczne….. 43
4.3. Sprzężone linie symetryczne….. 44
4.4. Niesymetryczne linie paskowe….. 46
4.5. Sprzężone niesymetryczne linie paskowe…… 48
4.6. Zawieszone niesymetryczne linie paskowe……. 48
4.7. Zawieszone symetryczne linie paskowe …… 49
4.8. Falowody koplanarne…. 50
4.9. Linie szczelinowe …… 51
4.11. Falowody grzbietowe……. 56
4.12. Falowody cylindryczne……. 56
4.13. Linie płetwowe …... 57
5. Nieciągłości w prowadnicach falowych….. 58
5.1. Pojęcie nieciągłości prowadnicy….. 58
5.2. Przykłady nieciągłości w liniach współosiowych ….. 59
5.3. Nieciągłości w niesymetrycznych liniach paskowych (NLP) … 61
5.3.1. Rozwarcie NLP … 61
5.3.2. Przerwa w NLP…… 61
5.3.3. Skokowa zmiana szerokości NLP…… 62
5.3.4. Skompensowane zagięcie NLP pod kątem prostym … 62
5.3.5. Symetryczne rozgałęzienie T .. 63
5.4. Przykłady nieciągłości w falowodach prostokątnych …… 64
6. Elementy pasywne o stałych skupionych w zakresie mikrofal . 66
6.1. Rezystory …… 66
6.2. Kondensatory…… 68
6.2.1. Kondensatory SMT …. 68
6.2.2. Kondensatory metal‐izolator‐metal (MIM) …. 69
6.2.3. Kondensatory palczaste …….. 70
6.3. Induktory…….. 70
6.3.1. Induktory SMT ….. 70
6.3.2. Planarne induktory spiralne .… 71
7. Elementy pasywne o stałych rozłożonych ….. 73
7.1. Kondensatory…… 73
7.2. Induktory…… 74
7.3. Transformatory impedancji…… 74
7.4. Rezonatory…… 75
7.4.1. Rezonatory liniowe…….75
7.4.2. Rezonatory wnękowe….77
8. Przegląd metod analizy i modelowania liniowych układów mikrofalowych 79
8.1. Analiza przy użyciu macierzy współczynników rozproszenia . 79
8.2 Analiza komputerowa przy użyciu programów symulacji
obwodowej… 80
8.3. Modelowanie komputerowe przy użyciu programów symulacji
elektromagnetycznej … 81
8.3.1. Metoda różnic skończonych ….. 81
8.3.2. Metoda momentów …… 82
9. Jednowrotniki …….. 8410. Dwuwrotniki
10.1. Tłumiki rezystancyjne……. 86
10.2. Transfomatory standardu……. 87
10.3. Układy dopasowujące…..87
10.3.1. Dopasowanie za pomocą odcinka prowadnicy falowej …. 90
10.3.2. Dopasowanie przez dostrojenie i transformację.. 90
10.3.3. Dopasowanie z wykorzystaniem sęka dostrajającego … 91
10.3.4. Przykład układu dopasowującego o większej szerokości
pasma ….. 92
11. Trójwrotniki ………. 94
11.1. Dzielniki/sumatory sygnałów…..94
11.1.1. Trójwrotowe rozgałęzienia prowadnic falowych ….94
11.1.2. Trójwrotowe zrównoważone dzielniki/sumatory
11.2. sygnałów mikrofalowych…. 94
ymetryzatory mikrofalowe (baluny) …… 97
11.2.1. Właściwości i zastosowania symetryzatorów …. 97
11.2.2. Symertyzator pętlowy……98
11.2.3. Balun Marchanda ….98
11.2.4. Symetryzator wykorzystujący profilowane przejście
symetryczną z niesymetrycznej linii paskowej na
zawieszoną linię paskową …. 99
11.2.5. Symetryzator wykorzystujący połączenie
niesymetrycznej linii paskowej z linią szczelinową …. 100
11.2.6. Balun wykorzystujący połączenie falowodu
koplanarnego z linią szczelinową….. 101
11.3. Cyrkulatory trójwrotowe ……. 101
12. Wielowrotniki….. 103
12.1. Sprzęgacze kierunkowe …. 103
12.1.1. Właściwości i zastosowania sprzęgaczy kierunkowych … 103
12.1.2. Falowodowe sprzęgacze kierunkowe …. 104
12.1.3. Pierścień hybrydowy….. 106
12.1.4. Sprzęgacze gałęziowe……. 107
12.1.5. Sprzęgacze zbliżeniowe..110.
12.1.6. Sprzęgacze Langego ……112
12.1.7. Pierścieniowe 3 dB sprzęgacze
mikropaskowo‐szczelinowe… 112
12.1.8. Sprzęgacze 0 dB … 113
12.2. Wielowrotowe dzielniki/sumatory sygnałów ….. 114
12.2.1. Zwiększanie liczby wrót przez łączenie dzielników
trójwrotowych…. 114
12.2.2. Dzielniki Nagai….115
12.3. Matryce Butlera……. 116
13. Filtry …….. 118
13.1. Przeznaczenie i rodzaje filtrów mikrofalowych… 118
13.2. Filtry dolnoprzepustowe (FDP) … 120
13.3. Filtry górnoprzepustowe (FGP) ……… 125
13.4. Filtry pasmowoprzepustowe (FPP).. 126
13.5. Filtry pasmowozaporowe (FPZ) .. 132
13.6. Filtry kierunkowe (FKR) ……. 134
13.7. Multipleksery….. 136
13.7.1. Właściwości multiplekserów…… 136
13.7.2. Multipleksery z pasmami bezpieczeństwa …… 137
13.7.3. Multipleksery z pasmami przylegającymi…… 139
14. .Mikrofalowe wzmacniacze słabych sygnałów….140
14.1. Tranzystory do mikrofalowych wzmacniaczy słabych sygnałów …… 140
14.2. Zasady projektowania liniowych mikrofalowych wzmacniaczy
tranzystorowych …141
14.2.1. Stabilność mikrofalowych wzmacniaczy tranzystorowych…. 141
14.2.2. Współczynnik szumów mikrofalowych wzmacniaczy
tranzystorowych….143
14.2.3. Wzmacniacze zrównoważone ….. 146
14.2.4. Wzmacniacze rozłożone ….. 147
Literatura….149
Opinie
Na razie nie ma opinii o produkcie.