Рекомендуем

Ключевые слова:
ВолноводыСВЧ
Методы анализа волноводных линий передачиАрхипов Н.С., Архипов С.Н., Полянский И.С., Сомов А.М. Методы анализа волноводных линий передачи
Измерение мощности СВЧ в диапазоне сантиметровых и миллиметровых волнБурак И.Ф., Гусинский А.В., Шаров Г.А., Ворошень А.В., Луферов А.Н. Измерение мощности СВЧ в диапазоне сантиметровых и миллиметровых волн
Основы теории сверхвысокочастотных линий передачи, цепей 
и устройствШаров Г.А. Основы теории сверхвысокочастотных линий передачи, цепей и устройств

Книга

Волноводные устройства сантиметровых и миллиметровых волн

2016 г.
638 стр.
Тираж 500 экз.
Формат 70x100/16 (170x240 мм)
Исполнение: в мягкой обложке
ISBN 978-5-9912-0473-6
ББК 32.884.1
УДК 621.396.946
Аннотация

Рассмотрены вопросы, связанные с теорией и принципом действия волноводных устройств сантиметрового и миллиметрового диапазонов волн, методами их расчёта и проектирования, конструктивной реализацией, электрическими характеристиками. Значительное внимание уделено широкополосным устройствам, в том числе предназначенным для работы в многомодовых волноводных трактах. Рассмотрены волноводные направленные ответвители разных типов, делители мощности, преобразователи типов волн и волноводные фильтры различного назначения и конструктивного исполнения. Представлены данные по таким элементам СВЧ трактов, как волноводные мосты и тройники, аттенюаторы и нагрузки, волноводные рупорные излучатели, фазовращатели и поляризаторы, устройства на ферритах, волноводные фланцевые соединения, металлодиэлектрические волноводы и устройства на них для диапазона коротких миллиметровых и субмиллиметровых волн. Материал изложен как с позиции электродинамики СВЧ, так и в значительной мере с точки зрения теории цепей (общей и СВЧ).

Для широкого круга специалистов, работающих в области техники СВЧ, а также студентов, аспирантов, преподавателей вузов радиотехнических и радиофизических специальностей.

Шаров Герман Александрович – доктор технических наук, радиофизик, разработчик уникальных измерительных приборов. Область научных интересов и исследований – радиоэлектроника СВЧ (аппаратура и устройства сантиметровых и миллиметровых волн) и метрология. Автор многочисленных публикаций, в том числе нескольких книг. В настоящее время занимается научным консультированием.

Оглавление

Предисловие

Глава 1. ОСНОВЫ ФИЗИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ НАПРАВЛЕННЫХ ОТВЕТВИТЕЛЕЙ
1.1. О задаче дифракции электромагнитных волн на малых отверстиях
1.2. О коэффициентах поляризуемости отверстий связи
1.3. О близости отверстий связи к резонансу
1.4. Учет толщины общей стенки волноводов, связанных через малое отверстие
1.5. О влиянии на дипольные моменты отверстий близко расположенных параллельных металлических экранов и изломов поверхности
1.5.1. Малое отверстие в общей стенке двух плоских волноводов
1.5.2. Коэффициенты поляризуемости круглого отверстия, прорезанного в общей стенке двух плоских волноводов
1.5.3. Коэффициенты поляризуемости прямоугольного отверстия, прорезанного в общей стенке двух плоских волноводов
1.5.4. Влияние узких стенок волноводов на характеристики рассеяния малого квадратного отверстия
1.6. Переходное ослабление элемента связи в общей стенке двух волноводов
1.6.1. Общие формулы
1.6.2. Переходное ослабление круглого отверстия
1.6.3. Переходное ослабление поперечной и продольной щели и их комбинаций
1.6.4. Сравнение связи двух волноводов через одиночное круглое и квадратное отверстие
1.7. О собственной направленности круглых апертур
1.8. Сравнительный анализ апертур различной конфигурации

Глава 2. ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ВОЛНОВОДНЫХ НАПРАВЛЕННЫХ ОТВЕТВИТЕЛЕЙ
2.1. Ответвитель Бете
2.2. Ответвители на перпендикулярных волноводах
2.3. Направленный ответвитель Швингера
2.4. Направленный ответвитель Риблета
2.5. Многоэлементные направленные ответвители
2.5.1. Вводные сведения
2.5.2. Направленные ответвители со многими элементами связи
2.5.3. Аппроксимация характеристики направленности
2.5.4. Синтез многоэлементных направленных ответвителей с учетом собственной направленности элементов связи
2.5.5. Синтез многоэлементных направленных ответвителей с сильной связью
2.5.6. О синтезе волноводных направленных ответвителей с круглыми отверстиями связи

Глава 3. ПАРАМЕТРЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ВОЛНОВОДНЫХ НАПРАВЛЕННЫХ ОТВЕТВИТЕЛЕЙ
3.1. Представление направленных ответвителей в виде восьмиполюсников. Матрица рассеяния восьмиполюсника
3.2. О направленности восьмиполюсников
3.3. О некоторых соотношениях для направленных ответвителей
3.4. Обозначения и параметры направленных ответвителей
3.5. Вносимые потери направленного ответвителя за счет связи
3.6. Влияние диссипативных потерьна характеристики направленных ответвителей
3.7. Измерение направленности волноводных направленных ответвителей
3.8. Расчетные параметры и экспериментальные характеристики волноводных направленных ответвителей миллиметрового диапазона волн
3.8.1. Ответвители с многоэлементной областью связи на круглых отверстиях
3.8.2. Широкополосные волноводные направленные ответвители на квадратных отверстиях связи для коротковолновой части миллиметрового диапазона волн
3.9. О резонансном изменении направленности в волноводных направленных ответвителях

Глава 4. МОДОСЕЛЕКТИВНЫЕ НАПРАВЛЕННЫЕ ОТВЕТВИТЕЛИ
4.1. Основные принципы и параметры модовой селекции
4.2. Конструкции модоселективных направленных ответвителей
4.2.1. Ответвители волн типа
4.2.2. Направленные ответвители волны
4.3. О синтезе модоселективных направленных ответвителей методом фазовой селекции
4.4. Сверхширокополосный направленный ответвительволны
4.5. Параметры систем связи и экспериментальные характеристики некоторых типов модоселективных направленных ответвителей
4.6. Об особенностях конструктивного исполнения некоторых типов модоселективных направленных ответвителей
4.7. Заключение

Глава 5. НАПРАВЛЕННЫЕ ОТВЕТВИТЕЛИ МНОГОМОДОВОЙ МОЩНОСТИ
5.1. Принцип построения волноводных направленных ответвителей многомодовой мощности
5.2. О связи коаксиала с прямоугольным волноводом через систему малых наклонных щелей
5.3. Коэффициенты переходного ослабления направленных ответвителей многомодовой мощности. Оптимизация угла наклона щели
5.4. Расчетные характеристики некоторых типов направленных ответвителей многомодовой мощности по переходному ослаблению
5.5. О синтезе направленных ответвителей многомодовой мощности по направленности
5.6. Влияние интерференции волн разных типов на погрешность отбора
5.7. Волноводно-коаксиальные направленные ответвители с уменьшенным количеством отборников
5.8. Конструкции широкополосных направленных ответвителей многомодовой мощности и экспериментальное исследование их характеристик

Глава 6. ВОЛНОВОДНЫЕ ДЕЛИТЕЛИ МОЩНОСТИ
6.1. Широкополосные волноводные делители мощности
6.1.1. Трехдецибельные волноводные делители мощности
6.1.2. Широкополосные волноводные делители мощности с произвольным коэффициентом деления мощности

Глава 7. ШИРОКОПОЛОСНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ И ВОЗБУДИТЕЛИПРИЕМНИКИ ВОЛН ВЫСШИХ ТИПОВ
7.1. Преобразователи волны H10 в волну H 20
7.2. Преобразователи волны H10 в волну Hm0
7.3. Преобразователи волны H10 в волну Hmn
7.4. Возбудители волны типа E11 в прямоуголь ном (E01 в круглом) волноводе
7.5. Возбуждение волн типа Hmn (Emn) высоких порядков
7.6. О расчете возбудителей волны Hmn
7.7. Возбудители смесей волн высших типов
7.8. Фильтры волн высших типов

Глава 8. МНОГОГРЕБЕНЧАТЫЕ ВОЛНОВОДЫ
8.1. Многогребенчатый волновод и его эквивалентная схема
8.2. Определение критических длин волн Hm0
8.3. Определение волнового сопротивления многогребенчатого волновода на волне H10
8.4. Характеристики одногребенчатых (П- и Н-) волноводов
8.4.1. Критические длины волн одногребенчатых волноводов
8.4.2. Волновое сопротивление одногребенчатого волновода
8.4.3. Распределение напряженности электрического поля E в поперечном сечении одногребенчатого волновода
8.5. Расчетные кривые для определения параметров многогребенчатых волноводов

Глава 9. ШИРОКОПОЛОСНЫЕ ВОЛНОВОДНЫЕ ФИЛЬТРЫ НИЖНИХ ЧАСТОТ
9.1. Расчет широкополосных волноводных фильтров нижних частот по характеристическим и рабочим параметрам
9.2. Волноводные гофрированные фильтры
9.3. Волноводные диэлектрические фильтры
9.3.1. Анализ волноводных диэлектрических фильтров
9.3.2. Волноводные гофрированные фильтры с частичным диэлектрическим заполнением
9.4. Вафельные фильтры
9.4.1. Анализ вафельных структур
9.4.2. Согласование фильтрующих структур с трактом
9.4.3. О влиянии высших типов волн на характеристики широкополосных волноводных фильтров нижних частот
9.4.4. О методике расчета вафельных фильтров
9.5. Вафельные фильтры на повышенные уровни допустимой проходящей мощности
9.5.1. Каскадные вафельные фильтры
9.5.2. Параллельное включение фильтрующих структур
9.6. Конструкции и характеристики вафельных фильтров
9.7. О поглощающих волноводных фильтрах нижних частот
9.8. Фильтр подавления гармоник

Глава 10.ВОЛНОВОДНЫЕ ПОЛОСНО-ПРОПУСКАЮЩИЕ ФИЛЬТРЫ
10.1. Общие сведения о полосовых фильтрах
10.2. О реализации схем полосовых фильтров на сверхвысоких частотах
10.2.1. Частотное преобразование Ричардса. Тождества Куроды
10.2.2. Применение отрезков передающих линий в качестве резонаторов
10.2.3. Применение диафрагм при реализации схем полосовых фильтров на сверхвысоких частотах
10.2.4. Стержневые резонаторы полосовых фильтров
10.2.5. Объемный резонатор на основе двух диафрагм
10.3. Резонаторные фильтры с четвертьволновыми связями
10.4. Фильтры с непосредственными связями
10.5. Волноводные полосно-пропускающие фильтры на фин-лайн и с металлическими резонаторными пластинами
10.5.1. Фильтры с металлическими пластинами в E-плоскости — приближенный расчет на основе эквивалентных схем с импедансными инверторами
10.5.2. Анализ полосно-пропускающих фильтров на фин-лайн и с продольными
металлическими резонаторными пластинами, базирующийся на теории поля
10.5.3. Расчетные размеры и экспериментальные характеристики полосно-пропускающих фильтров
10.5.4. Об автоматизированном проектировании полосно-пропускающих фильтров

Глава 11.ПЕРЕСТРАИВАЕМЫЕ ВОЛНОВОДНЫЕ ПОЛОСОВЫЕ ФИЛЬТРЫ
11.1. Полосовые фильтры с механической перестройкой резонаторов
11.1.1. О способах перестройки резонаторов
11.1.2. Перестраиваемый индуктивный резонатор
11.1.3. Перестраиваемый емкостный резонатор
11.1.4. Перестраиваемый индуктивно-емкостный резонатор
11.1.5. Перестраиваемые многозвенные фильтры
11.2. Полосовые фильтры на ферритовых резонаторах с магнитной перестройкой
11.2.1. Ферритовые резонаторы
11.2.2. О добротности ферритовых резонаторов
11.2.3. Принцип действия и конструкции фильтров на ферритовых резонаторах
11.2.4. Двухканальные полосовые ферритовые фильтры
11.2.5. О сопряжении ферритовых полосовых фильтров в двухканальной системе

Глава 12.ПОЛОСНО-ЗАГРАЖДАЮЩИЕ ФИЛЬТРЫ. ЧАСТОТНО-РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫЕ ФИЛЬТРЫ (ДУПЛЕКСЕРЫ, ДИПЛЕКСЕРЫ)
12.1. Общие сведения о полосно-заграждающих фильтрах
12.2. Резонаторы, используемые при реализации волноводных полосно-заграждающих фильтров
12.3. Волноводный полосно-заграждающий фильтр на линейных резонаторах
12.4. Амплитудно-частотные характеристики полосно-заграждающих фильтров
12.5. О потерях, вносимых полосно-заграждающим фильтром в полосе отражения
12.6. О волноводных полосно-заграждающих фильтрах с магнитной перестройкой
12.7. Частотно-разделительные устройства (дуплексеры и диплексеры)
12.8. Конструкции и характеристики некоторых типов волноводных диплексеров

Глава 13.ВОЛНОВОДНЫЕ ТРОЙНИКИ И МОСТОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
13.1. Т-образные соединения прямоугольных волноводов со связью через диафрагму
13.2. Волноводные E- и H-тройники
13.3. Параметры эевивалентных схем волноводных E- и H-тройников
13.4. Двойной волноводный EH-тройник (магический Т)
13.4.1. Описание EH-тройника и его эквивалентная схема
13.4.2. Матрица рассеяния двойного волноводного тройника
13.4.3. О согласовании двойного волноводного тройника
13.4.4. Конструкция и электрические характеристики двойных волноводных тройников миллиметрового диапазона волн
13.4.5. Свернутый двойной волноводный тройник
13.4.6. О некоторых применениях двойных волноводных тройников
13.5. Волноводные щелевые мосты
13.5.1. Устройство и принцип действия. Общие сведения
13.5.2. Матрица рассеяния щелевого моста
13.5.3. О применении волноводно-щелевых мостов
13.6. Волноводный многодырочный мост
13.7. Волноводные кольцевые мосты
13.8. Квадратурные мосты и волноводные схемы для формирования квадратурных сигналов
13.8.1. Квадратурные мосты
13.8.2. Схема на основе двойных волноводных тройников и трехдецибельного направленного ответвителя

Глава 14.ВОЛНОВОДНЫЕ АТТЕНЮАТОРЫ
14.1. Назначение аттенюаторов и их классификация
14.2. Параметры аттенюаторов
14.3. Фиксированные волноводные аттенюаторы
14.3.1. Аттенюаторы на объемных вставках из поглощающих материалов
14.3.2. Предельные аттенюаторы
14.3.3. Аттенюаторы с поглощающими стенками
14.4. Аттенюаторы на отрезках волноводов с поглощающими пластинами
14.5. Прямоугольный волновод с поглощающей пластиной
14.6. О дисперсионных свойствах прямоугольного волновода с резистивной пластиной произвольной ширины в E-плоскости
14.7. Резистивная пластинка призвольной ширины в диагональной плоскости прямоугольного волновода
14.8. Переменные аттенюаторы поляризационного типа
14.8.1. Принцип действия
14.8.2. О расчете конструктивных и радиотехнических параметров поляризационного аттенюатора
14.8.3. Отсчетные устройства поляризационных аттенюаторов
14.9. Параметры развязывающих, фиксированных и поляризационных аттенюаторов миллиметровых волн
14.10. Поляризационные аттенюаторы с электрическим управлением и цифровой системой отсчета. Программируемые меры ослабления
14.11. Поглощающие аттенюаторные пластины
14.11.1. Резистивная пленка произвольной ширины в диаметральной плоскости круглого волновода.
14.11.2. О дисперсионных свойствах волноводов при учете толщины диэлектрического слоя поглощающих пластин
14.11.3. Виды поглощающих пластин и их согласование в волноводных аттенюаторах
14.12. Волноводные аттенюаторы на направленных ответвителях
14.13. Переменные аттенюаторы на волноводных направленных ответвителях
14.14. Электрически управляемые аттенюаторы
14.14.1. О PIN-диодах
14.14.2. О схемах PIN-аттенюаторов

Глава 15.ВОЛНОВОДНЫЕ НАГРУЗКИ И МЕРЫ ОТРАЖЕНИЯ
15.1. Назначение и типы волноводных нагрузок
15.2. Согласованные нагрузки
15.3. Волноводные короткозамыкающие поршни
15.3.1. Конструкции подвижных волноводных короткозамыкателей
15.3.2. Основные принципы и метод расчета
15.3.3. Короткозамыкатели для многомодовых волноводов
15.4. Волноводные меры отражения
15.4.1. Ступенчатые волноводные нагрузки
15.4.2. Ступенчатые волноводные нагрузки со смещением
15.4.3. Отражающие нагрузки-вставки
15.4.4. Подвижные меры отражения

Глава 16.ФАЗИРУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА. ПОЛЯРИЗАТОРЫ
16.1. Фазирующие устройства и методы изменения фазы
16.2. Механические фазосдвигатели и фазовращатели
16.3. Дифференциальные фазовые секции на круглых волноводах
16.4. Поляризационный фазовращатель
16.5. Фазовращатель Фокса
16.6. Волноводные поляризаторы
16.6.1. Общие сведение о поляризации электромагнитных волн
16.6.2. Конструкции волноводных поляризаторов

Глава 17.ВОЛНОВОДНЫЕ УСТРОЙСТВА НА ФЕРРИТАХ
17.1. Свойства ферритов (общие сведения)
17.1.1. Тензоры магнитной восприимчивости и магнитной проницаемости
17.1.2. Фарадеевское вращение (распространение волны в направлении подмагничивающего поля)
17.2. Волноводные ферритовые фазовращатели
17.3. Гиратор
17.4. Волноводные ферритовые вентили
17.5. Волноводные циркуляторы
17.5.1. Четырехплечевые циркуляторы на основе мостов и невзаимных фазосдвигателей
17.5.2. Четырехпортовый поляризационный циркулятор
17.5.3. Трехпортовые (Y-) циркуляторы
17.5.4. Вентили и циркуляторы миллиметровых волн фирмы Millitech (США)

Глава 18.ВОЛНОВОДНЫЕ ИЗЛУЧАТЕЛИ
18.1. Области излучения
18.2. Характеристики направленности антенн
18.2.1. Диаграмма излучения
18.2.2. Изотропная, направленная и ненаправленная диаграммы. Главные диаграммы
18.2.3. Ширина диаграммы направленности
18.2.4. Лепестки диаграммы направленности
18.3. Энергетические характеристики антенн
18.3.1. Коэффициент направленного действия
18.3.2. Коэффициент усиления антенны
18.3.3. Эффективная площадьи шумовая температура приемных антенн
18.4. О поляризационных характеристиках антенн
18.5. Требования к волноводным излучателям, используемым в качестве облучателей антенн (общие замечания)
18.6. Простейшие волноводные облучатели
18.6.1. Метод анализа излучения открытых волноводов
18.6.2. Излучение открытого круглого волновода
18.6.3. Излучение открытого прямоугольного волновода
18.6.4. Облучатели в виде открытого круглого волновода
18.7. Усовершенствованные облучатели на круглом волноводе
18.7.1. Облучатели в виде открытого цилиндрического гофрированного волновода
18.7.2. Облучатели в виде круглых волноводов с коаксиальными насадками
18.8. Рупорные облучатели
18.8.1. Пирамидальный рупор
18.8.2. Конический рупор
18.8.3. Модификации конического рупора
18.9. Гофрированные конические рупоры
18.9.1. Узкополосные рупоры
18.9.2. Широкополосные (скалярные) рупоры
18.9.3. О кроссполяризации гофрированных рупоров
18.9.4. Расчет геометрии гофра
18.9.5. Применение скалярных рупоров в конструкциях двухполосных облучателей
18.9.6. О расчете двухполосного скалярного рупора

Глава 19.ВОЛНОВОДЫ И ФЛАНЦЕВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ МИЛЛИМЕТРОВОГО И СУБМИЛЛИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНОВ ВОЛН
19.1. Особенности распространения и применения миллиметровых (мм) и субмиллиметровых (субмм) волн
19.2. Линии передачи миллиметровых и субмиллиметровых волн
19.3. Требования к регулярным прямоугольным волноводам измерительных трактов
19.4. Международный стандарт IEEE 1785 для полых металлических волноводов в диапазонах частот выше 110 ГГц
19.5. Размерные допуски и электрические характеристики волноводов по стандарту IEEE 1785-1
19.6. Фланцы и фланцевые соединения волноводов миллиметрового диапазона волн
19.7. Применение фланцев в миллиметровом диапазоне волн
19.7.1. Рассогласование, вносимое фланцевым соединением за счет допусков на волноводные каналы и присоединительные размеры стандартных фланцев по ГОСТ 13317-89
19.7.2. Влияние возможных перекосов и смещений фланцев MIL SPEC. Антиперекосные фланцы
19.7.3. О проблемах, связанных с использованием волноводных фланцев в диапазоне коротких мм и субмм волн
19.8. Новые фланцы для одномодовых волноводов выше 110 ГГц

Глава 20.СВЕРХРАЗМЕРНЫЕ МЕТАЛЛОДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ВОЛНОВОДЫ ДЛЯ ДИАПАЗОНА КОРОТКИХ МИЛЛИМЕТРОВЫХ И СУБМИЛЛИМЕТРОВЫХ ВОЛН
20.1. Типы волн и основные свойства металлодиэлектрических волноводов
20.2. Возбудительволны LM11 в металлодиэлектрическом волноводе
20.3. Потери из-за неидеальной стыковки двух металлодиэлектрических волноводов
20.3.1. Сочленение МДВ со смещением центров
20.3.2. Несовпадение размеров стыкуемых МДВ
20.3.3. Сочленение двух МДВ с поворотом осей
20.4. Излом металлодиэлектрического волновода
20.5. Модовые фильтры

Глава 21.УСТРОЙСТВА НА МЕТАЛЛОДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВОЛНОВОДАХ
21.1. Делители мощности и направленные ответвители
21.2. Фазовый модулятор
21.2.1. Общие сведения и принцип действия
21.2.2. Анализ фазового модулятора
21.2.3. О методике расчета фазового модулятора
21.2.4. Конструктивная реализация фазового модулятора
21.3. Согласованные объемные нагрузки
21.4. Переменный аттенюатор-делительна периодических системах
21.4.1. Принцип действия аттенюатора
21.4.2. О расчете ослабления аттенюатора
21.5. Невзаимные устройства
21.5.1. Принцип построения невзаимных устройств на металлодиэлектрических волноводах
21.5.2. Квазиоптический вентиль
21.6. Согласование с помощью диэлектрического слоя пустого металлодиэлектрического волновода и волновода, заполненного диэлектриком
21.7. Преобразовательм ощности на металлодиэлектрическом волноводе

Приложение 1. Аппроксимирующие функции и полиномы
Приложение 2. Структура электромагнитных волн в прямоугольном волноводе
Приложение 3. Стандартные сечения прямоугольных волноводов и их рабочие диапазоны частот
Приложение 4. Номограммы для расчета параметров многогребенчатых волноводов
Приложение 5. Анализ волноводной бифуркации
Приложение 6. Исследование магнитного поля в зазоре постоянных магнитов с конусообразными полюсами
Приложение 7. Дисперсионное интегральное уравнение для цилиндрического волновода, содержащего резистивную пленку
Приложение 8. Метод возмущений для волноводов
Приложение 9. Поля в волноводе круглого сечения
Приложение 10. Расчет параметров коаксиального волновода с прямоугольным внешним и круглым внутренним проводниками
Приложение 11. Расчет отражения от стыка со смещением двух полубесконечных волноводов

ЛИТЕРАТУРА