Классификация СВЧ элементной базы. (Тема 1)

1.

Тема 1. Классификация СВЧ элементной базы
Области применения СВЧ электроники
Особенности распространения радиоволн различных частотных диапазонов
Анализ современного состояния развития СВЧ элементной базы
Общие проблемы генерации и усиления СВЧ
Тенденции развития СВЧ электроники

2. Частотные диапазоны электромагнитного излучения

3. Частотные поддиапазоны СВЧ диапазона

4. Структурная схема канала связи

5. Строение атмосферы Земли

6. Распространение радиоволн диапазонов ОВЧ, УВЧ и СВЧ

7. Распространение волн диапазона ВЧ

8. Распространение радиоволн диапазонов СЧ, НЧ, ОНЧ

9. Оценка дальности распространения радиоволн. Расстояние до видимого горизонта

В случае, если видимый горизонт определять как границу между небом и
Землёй, то рассчитать геометрическую дальность видимого горизонта
можно, воспользовавшись теоремой Пифагора
Здесь d — геометрическая дальность видимого горизонта, R — радиус
Земли, h — высота точки наблюдения относительно поверхности Земли

10. Оценка дальности распространения радиоволн.

Высота над
поверхностью Земли h
Расстояние до
горизонта d
Пример места
наблюдения
1,75 м
4,7 км
стоя на земле
25 м
17,9 км
9-этажный дом
50 м
25,3 км
колесо обозрения

11. Антенные устройства

12.

13. Конструктивное исполнение вакуумных свч приборов

14.

1 – 10
МВт
ГИРОПРИБОРЫ
МАГНЕТРОНЫ,
АМПЛИТРОНЫ,
КЛИСТРОНЫ
электромагнитное
оружие
1 – 10
кВт
10 –
100
кВт
РЛС УО,
упр. пол.
РЛС
авиац.
0,1 – 1
кВт
10 - 100
Вт
1 - 10
Вт
Мощность передающих блоков
0,1 – 1
МВт
РЛС
обнаружения
РЛС
ГСН
спец.
связь
С
4-8
РЛС
авиац.
ЛБВ
спутник.
связь
спец.
связь
Х
8 - 12
РЛС
обнаруж.,
УО
РЛС
обнаруж.
РЛС
авиац.
спутник.
связь
РЛС
ГСН
Ka
27 - 40
V
40 - 75
W
75 - 110
ТВП
ТП
Ku
12 - 18
18 - 27
Частота, ГГц
InP-HBT, HEMT
GaAs-HBT, PHEMT
SiGe-HBT, БиКМОП
GaN-HEMT
Si-RF KMOП
SiC-MESFET
GaAs MEHMT
спец.
связь
110 - 250

15. Принцип построения мощного твердотельного транзисторного усилителя

нагрузка
(Р = 1000 Вт)
Схема
«∑»
«∑»
«∑»
«∑»
«∑»
сложения
мощностей
«∑»
«∑»
BLSH3135-120
«–»
«–»
«–»
«–»
«–»
«–»
Схема
«–»
Г
(Р = 40 Вт)
деления
мощности

16. Основы теории длинных линий

17.

18.

19.

20.

Сравнительная характеристика массо-габаритных характеристик
ВЧ-модулей
(произведение - масса х объем)
твердотельные приборы (ТП)
электровакуумные приборы (ЭВП)
твердотельно-вакуумные приборы (ТВП)

21.

22. МЭМ элемент производства RADANT MEMS

23.

Фазовращатель и приемо-передающая ФАР 9 ГГц на основе МЭМС элементов
Область применения: Системы связи, радиолокации, радиоразведки с малым энергопотреблением.
Основные характеристики: θгор.=20°, θверт.=40°. Угол сканирования в горизонтальной плоскости ± 30 град.
Мощность потребления (при частоте сканирования 1 КГц) 1 Вт.
S parameters
0
-5
8750 MHz
-1.96 dB
9250 MHz
-2.116 dB
-10
-15
-20
-25
-30
8500
8750
9000
Frequency (MHz)
9250
9500
Phase shift
225
180
135
90
45
0
-45
-90
-135
-180
-225
8500
8750
9000
Frequency (MHz)
9250
9500

24.

Испытания канала связи с применением ФАР 5,8 ГГц на МЭМС элементах

25.

Тема 6. Основные конструктивные элементы СВЧ устройств
Принципы излучения СВЧ сигналов.
Антенны, волноводы, коммутаторы, фазовращатели, линии
задержки, поглотители.
Малогабаритные 2D и 3D антенны
Использование RFID технологий
Экранирование и поглощение электромагнитных излучений
Использование RFID технологий
...

26.

Основы теории длинных линий
Распределение тока и напряжения в длинной линии
Разомкнутая линия
Короткозамкнутая линия
Нагруженная линия

27.

Входное сопротивление длинной линии
Разомкнутая линия
Короткозамкнутая линия
Нагруженная линия

28.

Энергетические характеристики электромагнитного излучения
P1 – мощность передатчика
P2 – мощность на входе приемника
r – расстояние от передатчика до приемника
D – коэффициент направленного действия антенн

29.

Задачи, решаемые антенной:
•Преобразование энергии токов высокой частоты в энергию излучаемых радиоволн.
•Пространственное распределение энергии электромагнитного
поля.
•Формирование определённой поляризационной структуры поля.
Классификация антенн:
•По функциональному назначению:
- приёмные;
- передающие;
- приёмо-передающие.
• По конструкции и принципу действия:
- линейные;
- апертурные;
- антенные решётки.

30.

Основные энергетические характеристики антенн
•Мощность излучения
•Сопротивление излучения
•Входное сопротивление
Направленные свойства антенн
•Диаграмма направленности
•Ширина диаграммы направленности
•Уровень боковых лепестков
•Коэффициент направленного действия

31.

Распределение напряжения в антенне типа диполь

32.

Энергетические характеристики антенн
Входное сопротивление
Сопротивление излучения

33.

Диаграмма направленности антенны

34.

Расчетные соотношения для диаграмма направленности диполя
Для λ /2
Для λ

35.

Поляризационные характеристики диполя

36.

Фазированные антенные решетки

37.

Фрактальные антенны

38.

ЕН антенны

39.

Принцип действия RFID устройств
RFID (Radio Frequency IDentification,
радиочастотная идентификация) — способ
автоматической идентификации объектов, в котором
посредством радиосигналов считываются или
записываются данные, хранящиеся в так
называемых транспордерах или RFID-метках.

40.

Принцип действия RFID устройств
Стандарт
Частота
Приложения
Примечания
ISO 14223
125 (134) кГц
для идентификации
используется широко
животных
(например, в автомобильных
(в том числе, домашнего
иммобилайзерах)
ISO 11784/11785
скота)
ISO 14443
13,56 МГц
смарт-карты
ISO 15693
метки
ISO 10373
методы тестирования
карт
ISO 18000
800 … 2,45 ГГц
метки с увеличенной
дальностью

41.

Принцип действия ректенных преобразователей
СБЛ
±VВЫХ
Генератор
Rген = 50Ом
1
2
С
RН
3

42.

Принцип действия ректенных преобразователей
СБЛ
λg/4
λg/4
±VВЫХ
Генератор
10кГц ÷ 3ГГц
-127 ÷ +13 дБм
Rген = 50Ом
С
6
5
RН
3
4
1
2

43.

Принцип действия дискретных фазовращателей

44.

Принцип действия дискретных фазовращателей