устройства высокого уровня мощности и устройства низкого уровня мощности. Подобное разделение определяет специфические требования к конструкциям СВЧ устройств.

Устройства СВЧ являются составной частью РЭА и их выходные параметры определяются не только выбранной электрической схемой, но и в значительной степени конструкцией, обеспечивающей получение необходимых параметров с заданной точностью и надежностью в условиях, определяемых техническими требованиями на изделие.

Как и для любого блока РЭА, конструкции СВЧ устройств определяются следующими факторами [1]:

объектом, на котором размещаются устройства СВЧ, определяющим климатические и механические воздействия, требования к массе и .конфигурации, выбор материалов, размещение блоков, ремонтопригодность;

возможностями человека-оператора, определяющими расположение и конструкцию органов управления, индикации и отсчета, освещение, окраску, способ выдачи информации;

электрической схемой, взаимосвязанной с конструкцией. Для устройств СВЧ параметры конструкции связаны с длиной волны, уровнем мощности, требованиями к стабильности электрических параметров. Со своей стороны, возможности конструкции определяют выбор принципиальной схемы;

технологией;

масштабом производства; технико-экономическими показателями;

учетом случайного изменения параметров, т. е. учетом отклонений и допусков.

Анализ этих факторов с учетом современного состояния СВЧ техники позволяет принять решение о выборе тех или иных конструкций устройств.

В основном рассматриваемые устройства по категории размещения и климатическому исполнению относятся к наземной (передвижной либо стационарной, работающей в помещениях или на открытом воздухе), а также судовой (корабельной) и бортовой (самолетной, космической, ракетной) аппаратуре. Для аппаратуры всех перечисленных типов разработаны граничные значения возмущающих факторов, характеризующихся степенью жесткости.

Условия эксплуатации наиболее распространенных волноводных устройств характеризуются следующими факторами:

температура окружающего воздуха от минус 60 до плюс 85°С (Vni, Vn степень жесткости);

способность выдерживать циклические изменения температуры в указанных пределах;

относительная влажность воздуха до 98% при температуре 40°С (Vn степень жесткости);

пониженное атмосферное давление до 5 мм рт. ст. (VI степень жесткости);

многократные удары с ускорением до 150 g (III-IV степень жесткости);

одиночные удары с ускорением до 500 g (V степень жесткости);

вибрация в диапазоне частот от 5 до 2000 Гц с ускорением до 15 g (XIII степень жесткости).

При выборе конструкции устройства и конструкционных материалов (обеспечивающих необходимую механическую прочность, коррозионную стойкость, стойкость к солнечной И космической радиации) климатические требования (температура, влага, давление, микробиологическое воздействие) и механические (вибрации, удары) являются решающими.

Примером может служить влияние на работу резонатора таких параметров окружающей среды, как температура и влажность. Изменение влажности приводит к изменению диэлектрической проницаемости среды, заполняющей объем резонатора, а изменение температуры - к изменению его размеров, а следовательно, и частоты собственных колебаний. Для устранения влияния атмосферных факторов на собственную частоту резонатора его обычно вакуумируют. Для снижения влияния изменений температуры на резонансную частоту высокостабильные резонаторы изготовляют из материала с очень малым коэффициентом линейного расширения: из инвара 36Н (имеющего коэффициент линейного расширения 1,5-10-) или из суперинвара 32НКД (имеющего коэффициент линейного расширения менее 1-10~-).

Кроме перечисленных общих требований к элементам и устройствам СВЧ аппаратуры предъявляются специфические требования:

высокая точность изготовления, обусловленная зависимостью электрических параметров устройств от их геометрических размеров;

высокое качество обработки токонесущих поверхностей, обусловленное получением минимальных активных потерь. Наличие шероховатостей может привести к удлинению пути СВЧ токов по поверхности, что и ведет к росту потерь;

отсутствие на токонесущих поверхностях окислов и загрязнений, приводящих к росту диэлектрических потерь;

применение металлов с высокой проводимостью, что обеспечивает минимальные активные потери.

7.2. ПРИМЕНЕНИЕ МАТРИЦ ПРИ АНАЛИЗЕ И РАСЧЕТЕ УСТРОЙСТВ СВЧ ТРАКТОВ

Аналив и синтез СВЧ .устройств .может быть з,на.чительно упрощен при использовании общей теории линейных многополюсников [23]. При этом СВЧ устройства представляются эквивалентной схемой (в ввде многополюсника), к которой могут быть применены ра1счеты в ,матр:нчной форме.

Широкое применение находят волновая матрица передачи [Т] и специально введенная для указанных целей волновая матрица рассеяния [S]. Вместо со-

противлении и проводимостей .в волновых махрицах используются комплексные коэффициенты отражения и передачи волн по напряжению между соответствующими плечами (шарами полюсов) многополюсника.

В общем случае число плеч многополюсника определяется е только числом -реальных входов, но и числом типов волн, (распространяющнзсся в многополюснике.

Рассмотрим один нз простейших многополюсников - четырехполюсник (рис. 7.3), представляющий собой электрическое устройство с двумя плечами, одно из которых служит для подключевия его к источнику энергии (генератору), а другое - к тотребителю энергии (яа-

грузке). Запишем уравнения, связывающие . /г-

падающие

нормированные падающие и отраженные 7 I волны напряжения на полюсах четырехпо- \у \ люсвика: Т

62 = S2I % -{- S22 2

Puc. 7.3. Схема Включения четы-(7.1) рехполюсника

где ai, Иг - нормированные волны напряжения, идущие к четырехполюснику; bi, Ьг - нормированные волны напряжения, идущие от него; Sn, S12, S21, S22 - элементы нормяроваиной матрицы рассеяния [S] (обычно называемой просто матрицей рассеяния).

Нормированные амплитуды волн -напряжения определяются соотношениями:

i = Ci/V; = ь;/т/; ,

02 = йа/У; 2 = \f\/Z,

где ai, Яг, 6i, 62 - напряжения; Zi, Z2 - волновые сопротивления плеч многополюсника.

В матричной записи уравнение (7.1) принимает вид:

= [S]

(7.2)

Указанные волны напряжений могут быть связаны между собой с помощью другой системы уравнений:

h = Г21 + Г22 2

(7.3)

(7.4)

где Гц, Ti2, T21, Tz2 - элементы нормированной волновой матрицы передачи [Г]. Связь между элементами волновых матриц [S] и [Т] имеет следующий вид:

11 12

(7.5)