1. ЕЛЕМЕНТИ ЛІНІЙ ПЕРЕДАЧІ І ПОГОДЖУЮЧІ ПРИСТРОЇ
У розділі курсу "Технічна електродинаміка", присвяченому пристроям НВЧ, розглядаються питання аналізу, синтезу та технічної реалізації пасивних пристроїв, що працюють на частотах 100 МГц. 300 ГГц. У більшості випадків вони є конструктивним поєднанням провідників, діелектриків і магнітодіелектриків і відносяться до класу лінійних радіотехнічних пристроїв.
До найбільш поширених входять відрізки лінії передачі, перехідні і стикові вузли, узгоджувальні елементи, відгалужувачі і поглиначі потужності, фільтри, пристрої, що комутують, вентилі і т. д. Сукупність з'єднаних між собою певним чином, називають трактом НВЧ або лінією передачі.
У радіосистемі тракт посідає місце між антеною та радіопередаючим та радіоприймальним пристроями. Він передає електромагнітну енергію, забезпечує відповідний режим вхідних ланцюгів приймача, виконує попередню частотну фільтрацію сигналів, може містити пристрої зміни положення променя антени у просторі та пристрої контролю роботи радіосистеми.
Незважаючи на різноманітність застосовуваних пристроїв НВЧ, основу побудови будь-яких НВЧ трактів становить досить загальна і єдина теорія ланцюгів НВЧ. Вона базується на матричному апараті лінійної алгебри, теорії функцій комплексної змінної та деяких інших розділах математики та переважно орієнтована на застосування ЕОМ як основний інструмент для розрахунку та проектування.
Теорія ланцюгів НВЧ тісно пов'язана з розділами електродинаміки, що належать до вирішення внутрішніх граничних завдань, тобто завдань, пов'язаних із знаходженням полів усередині ліній передачі, об'ємних резонаторів, полів поблизу нерегулярностей ліній передачі. Суворі та повні рішення електродинамічних завдань навіть для найпростішихдуже складні. Однак у більшості практичних випадків при застосуванні того чи іншого зовсім необов'язково точно знати характер поля всередині нього. Важливо лише знати відповідну реакцію окремих елементів НВЧ на зовнішні впливи. За такого підходу кожному елементу НВЧ відповідає якась ідеалізована математична модель.
Маючи в своєму розпорядженні математичні моделі окремих можна скористатися алгоритмами і правилами загальної теорії ланцюгів НВЧ для визначення зовнішніх характеристик тракту
загалом, не цікавлячись внутрішніми полями в окремих елементах.
1. ЕЛЕМЕНТИ ЛІНІЙ ПЕРЕДАЧІ І ПОГОДЖУЮЧІ ПРИСТРОЇ
Лінія передачі (фідер) – пристрій, призначений передачі електромагнітної енергії від її джерела до навантаження. Розрізняють регулярні та нерегулярні лінії передачі.
Регулярна лінія передачі являє собою прямолінійну ділянку лінії, геометричні та електричні параметри якої однакові за довжиною. У нерегулярній лінії передачі електричні параметри є функцією поздовжньої координати. Зазвичай фідер складається з відрізків регулярних ліній та різних нерегулярностей (неоднорідностей), таких як з'єднувальні та узгоджувальні пристрої, трансформатори типів хвиль тощо.
1.1. Основні електричні характеристики ліній передачі
Процес передачі електромагнітної енергії у будь-якій регулярній лінії передачі можна досліджувати за допомогою моделі у вигляді двопровідної лінії (рис. 1.1). Основні характеристики досліджуваної лінії будуть еквівалентні характеристик моделі, якщо коефіцієнт поширення і хвильовий опір у них однакові. Така еквівалентність ґрунтується на можливості узагальнення теорії двопровідних ліній на інші типи ліній (у тому числі і хвилеводні) у тих випадках, коли властивості лінії можнаохарактеризувати обмеженою кількістю зовнішніх параметрів.
Хвильовий процес у лінії передачі можна представити у вигляді суми падаючих і відбитих хвиль: A (z) = A п (z) + А о (z) = = A п e γ z + A e −γ z , де А - комплексна амплітудаїз
компоненти електромагнітного поля; А п , А про значення цих компонентів в кінці лінії ( z = 0)
відповідно для падаючої та відбитої хвилі; γ=α+ i β – комплексне постійне поширення.