Николай_С

Тема довольно сложная, поэтому я планирую разбить её на разделы и каждому разделу посвятить отдельное занятие. После каждого занятия умышленно оставлю какое-то время для ваших вопросов. Не стесняйтесь, спрашивайте сразу кому что непонятно.
Вся статья в целом, как обычно, будет доступна в моём блокноте. Все материалы предоставлены на эксклюзивной основе и ссылка на первоисточник обязательна.

Николай_С

Основы расчета цепей диапазона СВЧ базируются на тех же принципах, что и более низкочастотные цепи, плюс некоторые особенности, накладываемые волновой теорией распространения радиосигнала. Про расчет НЧ-цепей в рамках этой статьи я рассказывать не стану, а вот некоторые понятия из волновой теории я постараюсь рассмотреть.
Первое, о чем всегда нужно помнить конструктору, это то, что он работает с диапазоном СВЧ (300 МГц ÷ 3 ГГц), который имеет длины волн порядка 1 ÷ 10 см. При такой длине волны любой проводник на печатной плате превращается в микрополосковую линию с распределёнными параметрами ёмкости, индукивности и активного сопротивления. Подробнее об этом можно почитать в (1). Полупроводниковые приборы и их выводы тоже имеют хоть и небольшие, но достаточные чтобы их учитывать параметры ёмкости и индуктивности. Об этом можно получить справку в соответствующих даташитах.
При расчете микрополосковых линий, конструктору всегда приходится учитывать отражение радиоволны от неоднородности и/или несогласованной нагрузки. Это приводит к возникновению стоячих волн (КСВ > 1) и снижению эффективности устройства в целом. Для согласования импедансов (волновых сопротивлений) используется некоторые конструктивные приёмы - шлейфы (короткозамкнутый, разомкнутый) и волновой трансформатор, а также довольно сложный математический аппарат, который я не стану приводить в рамках данной статьи. Скажу лишь, что на данный момент существуют компьютерные программы (в создании одной из них я лично принимал участие в студенческие годы), которые с успехом решают эту проблему.
Особенностью распространения СВЧ-токов является то, что они протекают в поверхностном слое проводника (скин-эффект), а магнитная составляющая поля - по всему объёму диэлектрика волновода. Посему золочение и применение дорогостоящих материалов не роскошь, а необходимость. Не нужно также забывать о защите от коррозии и температурных деформациях.

kna72

Николай не вводи в заблуждение народ. 300МГц длина волны 1м!!!

Сергей 19-73

Ну немного ошибся Николай 1м ÷ 10 см м забыл поставить.

Vladimir_S

Да вряд ли. Тогда это получается не СВЧ, а ВЧ или дециметровый диапазон. Для него волноводы не применяются.

Николай_С

Упс.
Диапазон СВЧ. Поправил у себя в блокноте.

kna72

Есть разные мнения о классификации частот.

Миниатюры

 

Николай_С

Это да.
В данном случае речь пойдет о сантиметровом диапазоне 1-10 мс (3-30 ГГц)

Николай_С

Между первой и второй перерывчик небольшой (речь о темах занятий ). Едем дальше.

Из вышесказанного понятно, что элементная база тоже будет радикально отличаться от более низкочастотных своих собратьев. В качестве "проводов" теперь будут выступать волноводы, в качестве конденсаторов и резисторов - SMD-элементы, в качестве катушек индуктивности - МПЛ, а транзисторы, диоды и другие полупроводники "оденутся" в экзотические корпуса, "украшенные" позолотой.

• Волноводы бывают трубчатые (прямоугольной формы в поперечном сечении), коаксиальные и на основе МПЛ. Подробнее о них и их расчетах можно почитать в (2).
• SMD-радиоэлементы - это безвыводные радиодетали, предназначенные для пайки непосредственно на контактные площадки, выполненные на дорожках печатной платы (ПП). По стандартному размеру корпусов различают 0402, 0603, 0805 и др. Подробней прочитать можно в (3).
• Катушки индуктивности могут иметь самую разнообразную геометрию: "змейкой", концентрических квадратов (прямоугольников), в виде нормированной по ширине дорожки ПП. Все они формируются из токопроводного покрытия ПП, но встечаются и SMD-индуктивности.
• В качестве фильтров теперь выступают встречно-штыревые преобразователи (ВШП), внешне напоминающие две расчески, вставленные друг в друга зубьями. Выполняются они, чаще всего, из проводников ПП, но встречаются и в выделенном исполнении.
• Антенны бывают рупорного и щелевого типа в зависимости от их назначения. В качестве рефлектора используется "тарелка", выполненная из радиоотражающего вещества. Иногда применяются антенны, выполненные на основе МПЛ.
• Корпуса транзисторов напоминают "вертолётики" разных размеров. Их выводы позолочены, а корпуса либо керамические, либо заливка эпоксидным компаундом. Диоды, чаще всего, имеют керамические корпуса в виде цилиндров с позолоченными торцевыми выводами.
• В радиопередающем оборудовании диапазона СВЧ частенько применяются радиолампы - магнетроны. Это особый вид радиолапм, который способен генерировать большие мощности при сравнительно небольших габаритах. Единственный их недостаток - непостоянство генерируемой частоты со временем и разогревом.

Существует еще целый ряд радиоэлементов узконаправленного назначения, с которым вы навряд-ли столкнётесь в повседневной жизни.

P.s. Достойных внимания иллюстраций в И-нете не нашел. Картинки дам позже в своём блокноте.

Николай_С

Статья в блокноте пополнилась тремя рисунками, которые я выложу и тут.