Будь умным!

У вас вопросы?
У нас ответы:) SamZan.net

Тема 1. Общие закономерности распространения волн в линиях передач Типы линий передачи и их классифика

Работа добавлена на сайт samzan.net:


Учебно-методический комплект по дисциплине

«Микроволновая техника»

для студентов заочной формы обучения

ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

Введение

     Предмет дисциплины и ее основные задачи.  Структура, содержание дисциплины и методика ее изучения.  Связь дисциплины "Микроволновая техника" с другими дисциплинами учебного плана и ее  значение для подготовки инженера электронной техники.  Действующие нормативно-технические документы.

1. ЭЛЕКТРОДИНАМИКА ЭЛЕМЕНТОВ СВЧ УСТРОЙСТВ

        Тема 1. Общие закономерности распространения волн в линиях передач 

Типы линий  передачи  и  их классификация.  Концепция парциальных волн. Описание электромагнитного поля в регулярной  линии  передачи  с помощью вектора Герца.  Типы волн.  Фазовая и групповая скорости, дисперсия в линиях передачи.  Явление отсечки. Критическое волновое число и постоянная распространения. Быстрые и медленные волны.

(Л.1, с. 60-70; Л.2, с.20-40)

Тема 2. Электромагнитное поле собственных волн в линиях передачи

Краевые задачи для расчета поля собственных волн в поперечном сечении линии.  Выражение для составляющих поля в обобщенно-цилиндрической системе координат.  Условия существования E-,  H-,  T- и гибридных волн. Характеристическое сопротивление линии и поток  энергии  в  ней. Основной и высший типы волн.  Рабочий диапазон.  Затухание электромагнитных волн в линии передачи.

(Л.1, с. 72-86; Л.2, с. 41-48)

Тема 3.  Свободные волны в односвязных линиях передачи

Волны в прямоугольном волноводе.  Основные  свойства  волны  H10. Волны в круглом волноводе. Волноводы со сложной формой поперечного сечения.

(Л.1, с. 87-101; Л.2, с. 49-89)

Тема 4.  Свободные волны в многосвязных и открытых линиях передач

Телеграфные уравнения.  Нормальные Т-волны в многосвязных  линиях передачи. Связанные линии передачи.  Двухпроводная симметричная линия. Коаксиальная линия. Полосковые и микрополосковые линии передачи.  Щелевые и  компланарные линии.  Связанные полосковые и микрополосковые линии. Однопроводная линия передачи.  Плоские и круглые  диэлектрические волноводы. Волны в световодах и квазиоптических линиях передачи.

(Л.1, с. 102-136; Л.2, с. 117-136)

Тема 5.  Свободные колебания объемных резонаторов 

Особенности резонансных систем СВЧ диапазона.  Резонансные свойства отрезка линии передачи.  Постановка граничных задач для  свободных колебаний объемных  резонаторов.  Спектр собственных колебаний.  Типы объемных резонаторов и их параметры. Волноводные закрытые объемные резонаторы. Аксиально-симметричные закрытые резонаторы.  Микрополосковые и диэлектрические резонаторы.  Методы расчета поля и параметров объемных резонаторов.

(Л.1, с. 162-197; Л.2, с. 299-356)

Тема 6.  Свободные волны в периодических структурах

Общие свойства медленных волн и условия их существования. Теорема Флоке. Пространственные гармоники. Дисперсионные характеристики замедляющих систем.

(Л.1, с. 137-161; Л.2, с. 370-414)

Тема 7.  Возбуждение электродинамических систем

Возбуждение линий  передачи и резонаторов сторонними токами и полями.  Элементы  возбуждения  -  штыри,   петли,   отверстия.   Возбуждение электронным потоком.  Представление  возбуждаемого поля разложением по собственным колебаниям (волнам).

(Л.1, с. 198-211; Л.2, с. 95-105; 357-360)

Тема 8.  Неоднородности в линиях передачи 

Простейшие неоднородности в коаксиальной  линии  и  прямоугольном волноводе. Неоднородности в полосковых и микрополосковых линиях. Методы анализа электромагнитного поля неоднородностей.

(Л.1, с. 212-222; Л.2, с. 137-163)

2. УСТРОЙСТВА СВЧ

Тема 9.  Анализ устройств СВЧ методом теории цепей 

Эквивалентные токи и напряжения. Входное сопротивление нагрузки и сопротивление линии передачи.  Режимы работы линии передачи.  Круговая диаграмма полных сопротивлений.

Понятие многополюсника СВЧ.  Матрица рассеяния: физический смысл ее элементов и ее основные свойства.  Связь матрицы рассеяния с матрицами сопротивлений, проводимостей и передачи. Метод декомпозиции. Анализ СВЧ устройств с помощью ЭВМ.

(Л.1, с 240-273; Л.2, с. 181-234)

Тема 10.  Двухполюсники и четырехполюсники СВЧ 

Согласованные нагрузки и короткозамыкатели. Реактивные двухполюсники. Объемный резонатор как двухполюсник. Его эквивалентные параметры.

Простейшие четырехполюсники СВЧ - штыри,  диафрагмы,  резонансные окна, скачки волновых сопротивлений,  ступенчатые и плавные переходы с одного типа линии передачи на другой.  Их эквивалентные схемы. Узкополосное и широкополосное согласование.

Фильтрующие устройства СВЧ.  Их типы и частотные  характеристики. Конструкции фильтров СВЧ в коаксиальном,  полосковом и волноводном исполнениях. Объемный резонатор,  связанный с внешними цепями, как четырехполюсное фильтрующее устройство. Эквивалентные схемы и матрицы рассеяния фильтров СВЧ.

(Л.1, с. 274-286; Л.2, с. 235-253; 357-360)

Тема 11.  Многополюсники СВЧ 

Шестиполюсники СВЧ.  Е-,  Н-, и Y- тройники, их основные свойства и матрицы рассеяния. Балансные делители мощности.Восьмиполюсники СВЧ.  Направленные ответвители, мостовые соединения:   щелевой мост,  двойной тройник,  гибридное кольцо.  Параметры и матрицы рассеяния.

(Л.1, с. 287-302; Л.2, с. 163-180; 273-289)

Тема 12.  Ферритовые устройства СВЧ 

Основные типы ферритовых СВЧ устройств. Невзаимные и взаимные фазовращатели. Вентили со смещением поля. Резонансные вентили. Вентили и циркуляторы, использующие эффект Фарадея.  Мостовые и фазовые циркуляторы. Ферритовые  резонаторы  и  перестраиваемые СВЧ фильтры.  Матрицы рассеяния и особенности применения этих устройств.

(Л.1, с. 303-318; Л.2, с. 254-262; 290-294)

Заключение

Проблемы современной микроволновой техники и перспективы ее дальнейшего развития. Миниатюризация СВЧ устройств.

Примерный перечень лабораторных работ

 

№

                Наименование работы

Номер темы

1

Измерение коэффициента стоячей волны с помощью измерительной линии и согласование нагрузки с волноводным трактом

2,10

2

Исследование дисперсии в линиях передачи СВЧ

3,4

3

Измерение коэффициента стоячей волны и коэффициента передачи с помощью автоматического коаксиального измерителя

2, 11

4

Исследование объемного резонатора. Измерение добротности и характеристического сопротивления

5, 10

5

Исследование направленного ответвителя

8, 11

6

Исследование замедляющей системы

6

7

Исследование ферритовых устройств СВЧ

12

Цели и содержание контрольных работ и

их ориентировочная трудоемкость

Целью контрольных работ является формирование навыков практического применения теоретических знаний при решении задач и выполнении расчетов; уяснение физического смысла явлений, закреплении в памяти основных соотношений размерностей и порядка физических величин.

Контрольные работы № 1, 2  должны содержать: основные законы и формулы, на которых базируется решение задач, пояснения буквенных обозначений, употребляемых при написании формул, решения задач с необходимыми пояснениями, в том числе с рисунками.

Объем каждой контрольной работы 5…6 стр. Ориентировочная трудоемкость контрольной работы 10 часов.

Учебно-методическое обеспечение дисциплины

Основная литература

№

Название, библиографическое описание

Л

Лр

 Пз

(С)

Кп

(р)

Инд.

зад.

К-во экз. в библ.

(на каф)

Гриф

Л1

Григорьев А.Д. Электродинамика и техника СВЧ. Учебник для вузов.- М.: Высшая школа, 1990

8

8

   57
Гос.Ком. по нар.

образ.

СССР

Л2

Лебедев Н.В. Техника и приборы СВЧ.- Учебник для вузов, Т.1 – М.: Высшая школа, 1970

8

8

   77

МВ и ССО СССР

Л3

Беневоленский Д.М., Шануренко А.К. Экспериментальное исследование СВЧ-устройств: Метод. указания к лабораторным работам. СПбГЭТУ «ЛЭТИ»,2001

8

40 (20)

Дополнительная

№

Название, библиографическое описание

К-во экз. в библ.(на каф.)

Д1

Григорьев А.Д., Янкевич В.Б. Резонаторы и резонаторные замедляющие системы СВЧ. Численные методы расчета и проектирования. –М.: Радио и связь, 1984

194

Д2

Сазонов Д.М., Гридин А.Н., Мишустин Б.А. Устройства СВЧ.- М.: Высшая школа, 1981

87

Д3

Проектирование СВЧ устройств с помощью ЭВМ. /А. Д. Григорьев, В.А.Иванов, С.А.Силаев, В.Б. Янкевич. Учебное пособие.- Л., ЛЭТИ, 1987

(28)

Примерный перечень экзаменационных вопросов

  1.  Классификация линий передач, примеры.
  2.  Типы волн в линиях передач.
  3.  Явления отсечки в линиях передач.
  4.  Дисперсия в линиях передач. Графики дисперсионных характеристик.
  5.  Связь между напряженностями электрического и магнитного полей в линии передачи.
  6.  Фазовая и групповая скорости в линии передачи.
  7.  Метод решения уравнения Гельмгольца для прямоугольного волновода.
  8.  Граничные условия на стенках прямоугольного волновода для Е и Нволн.
  9.  Спектр волн в прямоугольном волноводе.
  10.  Понятие рабочего диапазона, одномодового режима, вырожденных волн.
  11.  Структура и свойства основного типа  волны в прямоугольном волноводе.
  12.  Метод решения уравнения Гельмгольца для круглого волновода.
  13.  Граничные условия на стенках круглого волновода для Е и Нволн.
  14.  Спектр волн круглого волновода.
  15.  Достоинства и недостатки П и Нобразных волноводов.
  16.  Спектр волн коаксиального волновода.
  17.  Структура поля основного типа волны в коаксиальном волноводе.
  18.  Диэлектрические волноводы.
  19.  Полосковые волноводы.
  20.  Потери в волноводах, их причины, единицы измерения.
  21.  Пробивная прочность волноводов.
  22.  Основные типы объемных резонаторов: области применения, основные параметры  
  23.  Понятия собственной, нагруженной, внешней добротностей, связь между ними.
  24.  Методы расчета объемных резонаторов.
  25.  Вывод условия резонанса в коаксиальном резонаторе.
  26.  Структура электромагнитного поля  в коаксиальном, призматическом, цилиндрическом и тороидальном резонаторах.
  27.  Выражения для резонансной длины волны в призматическом и цилиндрическом резонаторах.
  28.  Приближенная методика расчета резонансной длины волны в тороидальном резонаторе.
  29.  Основные типы замедляющих систем, их конструкция.
  30.  Понятие пространственных гармоник.
  31.  Параметры и дисперсионные характеристики замедляющих систем.
  32.  Основные типы элементов возбуждения волн в линиях передач и объемных резонаторах.
  33.  Неоднородности в линиях передач, методы анализа.
  34.  Диафрагма в волноводе, конструкция и эквивалентная схема.
  35.  Перечислить различные устройства СВЧ и пояснить их назначения.
  36.  Многополюсник СВЧ, эквивалентная схема.
  37.  Матрица рассеяния многополюсника, физический смысл ее элементов.
  38.  Четырехполюсники СВЧ, физический смысл элементов матрицы рассеяния.
  39.  Принцип работы ферритовых СВЧ устройств.

КОНТРОЛЬНЫЕ  ЗАДАНИЯ

Каждый студент обязан выполнить два контрольных задания по одному из приведенных ниже вариантов. Номер варианта определяется последней цифрой шифра. Предварительно следует изучить соответствующие темы курса.

Контрольное задание № 1

Задача № 1. Для передачи электромагнитной энергии используется прямоугольный волновод с поперечным сечением , где   размеры широкой и узкой стенок волновода.

Для заданного  типа волны определить ее критическую длину , критическую частоту  и нарисовать структуру электрического и магнитного полей в поперечном сечении. Пояснить граничные условия на стенках волновода.                                 

№ варианта

,  мм

, мм

Тип волны

1

165

83

Н10

2

130

65

Н20

3

110

55

Е11

4

86

43

Н01

5

72

34

Н10

6

58

29

Е11

7

48

22

Н10

8

40

20

Н20

9

34

16

Н01

10

28

13

Е11

Задача № 2. Для заданного типа волны (данные задачи №1) рассчитать и построить графики зависимости фазовой  и групповой  скорости от длины волны  и от частоты . Графики строить в координатах ;  ;  ;  , где   скорость света в вакууме. Пояснить понятия фазовой и групповой скоростей, дисперсии.

Задача № 3. Для волновода заданного размера (данные задачи №1) определить рабочий диапазон (по частоте и длине волны), область отсечки. Пояснить понятия низшего, высшего типов волн, одномодового режима. Рассчитать пробивную прочность волновода для низшего типа волны в режиме полного согласования.

Контрольное задание № 2

Задача № 1.  Для объемного резонатора пояснить понятия собственной добротности , внешней или вносимой добротности , нагруженной добротности , КПД резонатора , коэффициента связи резонатора с нагрузкой . Рассчитать эти величины, а также коэффициент отражения на резонансной частоте резонатора  и соответствующую величину КСВ. Дать определение критической связи и рассчитать коэффициент отражения и КСВ в этом случае.

№  варианта

 

№  варианта

 

1

500

1000

6

800

500

2

600

900

7

700

200

3

700

800

8

800

400

4

600

700

9

900

300

5

700

600

10

1000

200

Задача № 2.  Перечислить основные типы объемных резонаторов, изобразить их на рисунке, указать области применения.

Рассчитать резонансную длину волны низшего вида колебаний призматического резонатора с размерами стенок , где , значения  и  берутся из таблицы к задаче №1 контрольной работы № 1.  Нарисовать структуру электрических и магнитных полей в резонаторе.

Задача № 3.  По волноводному тракту от генератора к нагрузке передается  высокочастотная  мощность,  причем  известна    мощность волны, распространяющейся в прямом направлении. С помощью направленного ответвителя измерили ответвляемые мощности в прямом и обратном направлениях  и .

Рассчитать направленность  и переходное ослабление  ответвителя, а также величины мощности обратной волны , мощности поступающей в нагрузку , коэффициента отражения по мощности  и по напряжению , а также значение КСВ.

№ варианта

, (мВт)

, (мкВт)

, (мкВт)

1

6

100

10

2

7

80

20

3

9

70

25

4

10

60

15

5

8

90

30

6

9

80

10

7

6

100

20

8

7

90

10

9

8

70

15

10

5

60

10




1. КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ ПО ДИСЦИ
2. На тему- Благотворительность представителей просвещенной дворянской предпринимательской и купеческой фи
3. Тюменский кампус
4. Прокуратура туралы ~аза~стан Республикасыны~ За~ы он екі тараудан ж~не елу то~ыз баптан т~рады А Аудан
5. Лучший месяц для Джонатика 2
6. Лингвистика и межкультур.html
7. Холестерин
8. Отчет по лабораторной работе 1 По курсу Физические основы электротехники
9. БУКОВЕЛЬ интереснейшие экскурсии и посещение уникальных музеев комфортное проживание в отеле в старинно
10. Контрольная работа- Природопользование и сохранение биоразнообразия
11. Загальна характеристика країнипартнера 1
12. Реферат з краєзнавства Культурне надбання рідного краю Київська область Київщина край багатий на
13. Расчет участка контактной сети станции и перегона
14. Соотношение ландшафтного планирования с общим территориальным планированием и другими отраслевыми планированиями
15. Бульварное кольцо
16. Оцінка економічних збитків від різних видів порушень земельних та водних ресурсів
17. Методологические основы менеджмента
18. Тема Юридические лица как субъекты гражданского права
19. остров сей был жилищем для могущественных прислужников первых богов
20. Потужність двигуна- PдIUCos~; Pд5 220 0

Материалы собраны группой SamZan и находятся в свободном доступе