1 / 36

B V M T

B V M T. část 2. Mikrovlnná technika. 1. Mikrovlnná technika. se zabývá technikou používanou v oblasti kmitočtů 300 MHz až 300 GHz , tj. v oblasti vlnových délek zpracovávaných signálů od 1 m do 1 mm. Mikrovlny  microwaves  Mikrowellen  těchnika svěrchvysokych častot (SVČ).

rusk
Télécharger la présentation

B V M T

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript


  1. B V M T část 2. Mikrovlnná technika 1

  2. Mikrovlnná technika se zabývá technikou používanou v oblasti kmitočtů 300 MHz až 300 GHz, tj. v oblasti vlnových délek zpracovávaných signálů od 1 m do 1 mm. MikrovlnymicrowavesMikrowellentěchnika svěrchvysokych častot (SVČ) 2

  3. Mikrovlnná a navazující kmitočtová pásma podle Radiokomunikačního řádu UTI rozměry zařízení << délka vlny signálu rozměry zařízení >> délka vlny signálu 3

  4. 4

  5. Dílčí mikrovlnná kmitočtová pásma pro komunikační systémy 5

  6. 6

  7. l l d d =  =2f·—– = 2·—– =  = 2f·—– = 2·—– vf vf g g > lg i1= I·sint  i2= I·sin(t +)= = I·sin(t +) S2 S1 i d celková délka vedení (celková velikost zařízení) = l  Obvody se soustředěnými parametry 0 l<< g  Obvody s rozloženými parametry 0 7

  8. Obvody se soustředěnými parametry:jejich velikost (= geometrické rozměry) je mnohem menší než délka vlny g zpracovávaného signálu. Pro l << g je celková změna fáze v takovém obvodu nulová a obvod představuje tzv. kvazistacionární systém, jehož geometrické rozměry lze pokládat za nulové, příp. rychlost šíření signálu v obvodu za nekonečně vysokou. Obvody s rozloženými (nesoustředěnými, rozprostřenými) parametrymají rozměry srovnatelné s použitou vlnovou délkou a často jsou i větší. Při lg nelze rozměrové relace již zanedbat a okamžitá hodnota signálu závisí nejen na čase, ale i na prosto-rových souřadnicích. Tyto obvody nelze nikdy charakterizovat jedi-ným parametrem a pokud lze vůbec použít klasické parametry (odpor, indukčnost, kapacita), pak tyto parametry nejsou soustře-děny v jednom místě, ale jsou spojitě rozloženy po celém objemu obvodu. Tyto obvody jsou typické právě pro pásma mikrovln. 8

  9. Oba druhy obvodů se zejména v pás-mech VKV a UKV velmi často prolínají a vzájemně kombinují. Jako obvod s rozloženými parametry se mohou chovat (i na nízkých kmitočtech řádů MHz) spoje v mikroelektronických polovodičových strukturách: polovodič s vysokou permitivitou r a specifickým od-porem  značně zvyšuje měrnou kapa-citu a měrný odpor spoje výrazně klesá rychlost vlny vf (až o několik řádů) výrazně se zkrátí délka vlny g signá-lu ve spojilg i pro krátké spoje. Problém v moderních počítačích s vysokými pracovními kmitočty. 9

  10. 490 μm 600 μm 150 μm V souvislosti s rozvojem mikrovlnných integrovaných obvodů byly rovněž vyvinuty prvky se soustředěnými parametry, které lze použít až do oblasti mm vln (do kmitočtu cca 20 GHz). Hybridní integrovaný širokopásmový zesilovač 45 - 860 MHz s využitím prvků se soustředěnými parametry Monolitický integrovaný nízkošumový zesilovač 5,8 GHz s využitím prvků se soustředěnými parametry 10

  11. Důvody aplikací mikrovlnné techniky Zájem o výzkum a vývoj aplikací mikrovlnné techniky je vyvolán tím, že jejich fyzikálně-technický princip umožňuje výhodně: • Využívat nová, zatím méně obsazená kmitočtová pásma (kmitočtové spektrum je často přirovnáváno k jisté formě pří-rodního bohatství: jeho využití je třeba rozšiřovat, ale zároveň je nutno s ním dobře hospodařit). • Realizovat obvody s velkou šířkou přenášeného pásma (řádově stovky MHz až desítky GHz), což v rádiové komunikaci znamená větší objem a kvalitu přenášených dat a informací a také možnost dosáhnout značné rychlosti jejich přenosu. To je důležité jak pro klasické komunikační obvody, tak zejména pro rychlé počítačové sítě s nejvýkonnějšími počítači. 11

  12. Realizovat miniaturní systémy pomocí obvodů s rozložený-mi parametry, neboť rozměry jednotlivých mikrovlnných prvků a obvodů jsou v přímé relaci s vlnovou délkou. • Využívat antény o velmi malých rozměrech při dosažení a zachování jejich vysoké směrovosti (směrovost antény je funkcí poměru jejích rozměrů a délky vyzařované vlny). • Využívat přímočarého šíření mikrovlnné energie – nedochá-zí k odrazu signálu ionosférou. Toho lze využít pro pozemní a družicové komunikační služby a také pro realizaci radarových systémů. • Využívat mikrovlnná zařízení v různých aplikacích, např. pro vědecký výzkum, pro dálkové snímání objektů, lékařskou diagnostiku a léčbu, úpravy potravin apod. Řada těchto metod je založena na tom, že vlastní rezonance atomů a molekul leží v horní části mikrovlnného spektra. 12

  13. Oblasti využití mikrovlnné techniky • Komunikační technika(téměř 90 % všech světo-vých elektronických komunikačních systémů je v sou-časnosti realizováno právě v mikrovlnných pásmech). Výhody:  antény malých rozměrů (m, dm, cm) s vysokou směrovostí,  přímočaré šíření elmag. vln, dobré podmínky šíření v zem- ské atmosféře,  poměrně vysoká odolnost proti rušení a odposlechu,  vysoká datová přenosová rychlost, velká šířka přenášené- ho pásma 13

  14. Mobilní a bezdrátové radiotelefonní spoje (GSM, PCN, DECT, UMTS a další) frekvence 14

  15. Bezdrátové profesionální sítě a spoje mezi počí-tačovými sítěmi WLAN (WirelessLocalAreaNetwork), systém Bluetooth, WiFi apod. 15

  16. Soukromé a profesionální satelitní spoje VSAT (Very Small Apperture Terminal) 16

  17. Profesionální kosmické spoje Země–satelit (rozhlas, TV, data), radiokomunikační družice 17

  18. Pozemní radioreléové (směrové) spoje 18

  19. Civilní a vojenské radiolokační systémy (PAR, SAR, MLS apod.) , meteorologické radary 19

  20. Civilní a vojenské mikrovlnné navigační systémy (GPS, NAVSTAR, GLONASS apod.) 20

  21. Mikrovlnné řídicí, komunikační a navigační dopravní systémy (Dopplerovské měřiče rychlosti, antikolizní radar apod.) 21

  22. ohřívací prostor vazební otvor tvarovač pole vlnovod dveře vazební sonda magnetron průhledné okno ventilátor chlazení napájecí zdroj skleněná deska s potravinou • Mikrovlnný ohřev (v domácnosti, průmyslový ohřev, v lékařství apod.) dutinový rezonátor 22

  23. magnetron f = 2,4 GHz magnetron f = 2,4 GHz posuvný pás ohřívaný materiál dřevěná deska absorpční zátěž 23

  24. Mikrovlnná spotřební a zábavní elektronika (TV a rozhlasový satelitní příjem apod.) 24

  25. Průmyslové, zemědělské, lékařské, geofyzi-kální a vědecké aplikace mikrovln • měření elektrických a magnetických vlastností materiálů • měření vlhkosti materiálů • mikrovlnná spektroskopie • ovlivňování biologických produktů a živých tkání • mikrovlnná hypertermie • mikrovlnná radiometrie • mikrovlnná radioastronomie a průzkum vesmíru • . . . . 25

  26. Typy mikrovlnných vedení Základním prvkem mikrovlnných obvodů je tzv. vedení, jehož typickým znakem je, že jeho délka je srovnatelná a často mnohem větší než vlnová délka přenášeného signálu (tzv. dlouhé vedení). Vedení (v užším slova smyslu) je přenosové zařízení, jehož příčné rozměry jsou mnohonásobně menší než délka použité vlny a elektromagnetické pole má v příčné rovině stacionární charakter. Vlnovod je přenosové zařízení, které má i příčné rozměry srovnatelné s délkou vlny signálu. Jeho charakteristickým znakem je, že se v něm může šířit vlna jen o kmitočtu vyšším než určitý, tzv. mezní (kritický) kmitočet. Rozložení pole ve vlnovodu má vlnový charakter nejen v podélném, ale i v příčném směru. 26

  27. Podélněhomogenní vedení (vlnovod) má po celé své délce konstantní příčné geometrické rozměry a materiálové pro-středí, jímž je vyplněno, je po celé délce stejnorodé (homogenní). Příčněhomogenní vedení (vlnovod) je takové, jehož mate-riálové prostředí je stejnorodé v příčné rovině (v příčném průřezu) vedení. Podélněnehomogenní vedení nemá podél celé své délky stejné příčné geometrické rozměry, příp. se v podélném směru mění parametry prostředí vyplňujícího vedení. Příčně nehomogenní vedení obsahuje v příčném průřezu několik různých materiálových prostředí s různými parametrya . 27

  28. Měrný útlum [dB/m] Druh vedení Konstrukce, tvar Kmitočtový rozsah Maximální přenášený výkon Otevřené dvojvodičové vedení (dvojlinka) 0 až 100 MHz 0,01 až 1 do 109 W 1 Základní typy mikrovlnných vedení, jejich konstrukce a hlavní parametry 28

  29. Měrný útlum [dB/m] Druh vedení Konstrukce, tvar Kmitočtový rozsah Maximální přenášený výkon Koaxiální (souosé) vedení 0 až 26 GHz (špičkově až do 40 GHz) 0,1 až 10 do 107 W 2 Mikropáskové vedení (microstrip) 100 MHz až 26 GHz (ve speciálních konfiguracích až do 60 GHz) 0,1 až 20 do 100 W 3 dielektrikum kovové pásky 29

  30. Měrný útlum [dB/m] Druh vedení Konstrukce, tvar Kmitočtový rozsah Maximální přenášený výkon Dutý kovový vlnovod obdélníkový průřez 1 až 150 GHz 0,01 až 10 10 MW při 1 GHz, 30 W při 100 GHz 4 průřez  kruhový průřez průřez H 30

  31. Měrný útlum [dB/m] Druh vedení Konstrukce, tvar Kmitočtový rozsah Maximální přenášený výkon Dielektrický vlnovod 0,1 až 50 GHz až 10 dB/m kW 5 r Světlovod 200000 až 600000 GHz 1 až 10 dB/km 100 mW 6 r pláště r jádra 31

  32. Mikrovlnná vedení se užívají dvojím způsobem: • K přenosu mikrovlnných signálů (i na větší vzdálenosti): dvoj-vodičová, koaxiální a vlnovodová vedení, prakticky nikdy mikropásková vedení. • Ke konstruování mikrovlnných obvodů a obvodových bloků s rozloženými i se soustředěnými parametry: koaxiální, vlnovo-dové i mikropáskové struktury. 32

  33. ladicí kapacitní kolíky Mikrovlnné kmitočtové filtry koaxiální vlnovodové 33

  34. k anténě f W od magnetronu k přijímači f W V GŠ P Vlnovodová konstrukce vstupu radiolokačního vysílače - přijímače 34

  35. Mikropáskový tranzistorový čtyřnásobič kmitočtu 35

  36. Technologie mikrovlnných integrovaných obvodů hybridní integrace monolitická integrace 36

More Related