В ней излагаются основное способы математического описания и определения параметров таких систем. Обобщаются существующие методы измерения параметров нерегулярных волноводных систем и их эквивалентных схем. Излагаются методы измерения реактивных систем и систем с диссипативными потерями. Подробно излагаются способы измерения параметров волноводных узлов, основанные на применении методов проективной и неэвклидовой геометрии.
Книга предназначается для всех, занимающихся разработкой, инженерным расчетом и применением нерегулярных волноводных элементов, узлов и сложных систем. Она может служить учебным пособием для студентов старших курсов вузов.
Предисловие
До недавнего времени волноводаые узлы относились к категории, так называемых, антенно-фидерных устройств. Номенклатура" таких узлов была весьма ограниченной и их действительнб можно было рассматривать как вспомогательные элементы, используемые для подведения электромагнитной энергии от передатчика, к антенне или от антенны к приемнику. По мере развития техники сверхвысоких частот область применения волноводных узлов становилась все более широкой и в современной радиоэлектронной аппаратуре сверхвысоких частот /они сделались основными элементами, определяющими важнейшие свойства этой аппаратуры.
Процессы в волноводных системах сложны и описываются уравнениями Максвелла, решение которых даже в приближенном виде сопряжено с большими трудностями. Если, однако, интересоваться лишь особенностями передачи электромагнитной энергии через волноводные системы, то нет необходимости» в рассмотрении дифференциальных уравнений в частных производных, определяющих электромагнитное поле в каждой точке исследуемой системы. Их можно заменить обыкновенными дифференциальными уравнениями или даже алгебраическими уравнениями, связывающими между собой интегральные функции полей, наблюдаемых на выводах системы. Эти функции подчиняются таким же уравнениям, что и применяемые в теории электрических цепей интегральные функции электромагнитного поля, которыми являются такие хорошо известные величины как напряжение, ток, сопротивление, индуктивность емкость и др. Отсюда вытекает естественное желание распространить теорию электрических цепей с ее хорошб раз-
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие . ........... 3
Глава 1. Электрические-цепи сверхвысоких частот. Основные особенности, понятия и определения
1.1. Сверхвысокие частоты. Определение • » 9
1.2. Особенности диапазона сверхвысоких частот . . 13
1.3. Особенности исследования электромагнитных систем \6 1.3.1.'Макроскопическая электродинамика и теория цепей
в радиотехнике ......... '16
1.3.2. Электромагнитные системы с сосредоточенными
постоянными.......... 18
1.3.3. Электромагнитные системы с распределенными постоянными. Линии передачи ...... 21
1.3.4. Волноводные системы........ 24
1.4. Типы" волноводов •.'.•.•.•.•.'. : . • 25
1.4.1. Открытые и закрытые волноводы..... 25
1.4.2. Регулярные и нерегулярные волноводы . . .26
1.4.3. Однородные и неоднородные волноводы ... 27
1.4.4. Изотропные и анизотропные волноводы ... 29
1.5. Волноводные узлы, волноводные элементы и электрические цепи сверхвысоких частот...... 29
Литература , . . ,.......... 32
Глава 2. Основные положения теории электромагнитного поля
2:1. Электромагнитное поле.и его источники .... 33
2.2. Уравнения электромагнитного поля...... 37
2.3. Учет влияния среды.......... 41
2.4. Условия на 'границах ". . ....... 44
2.5. Первичные и вторичные источники поля .... 46
2.6. Представление уравнений электромагнитного поля
в комплексном виде ......'.... 47
2.7. Энергетические соотношения в электромагнитных системах............. 50
291
2.7.1 Теорема Умова — ПоЙнтйнга ,,..,, 51
2.7.2.^Комплексный вектор Умова—Пойнтинга » • 51
2.8. Симметрия уравнений электромагнитного поля и принцип двойственности . , , , , . , .' . 53
2.9. Теорема единственности........ 55
2.10. Принцип взаимности......... 59
Литература.............. 60
Глава 3. Решение уравнений электромагнитного поля для регулярных волноводов
*
3.1. Инвариантное представление уравнений Максвелла для поперечных и продольных составляющих электромагнитного поля в регулярных и однородных волноводах 62
3.2. Решение уравнений электромагнитного поля для поперечных составляющих ...... , , • 66
3.3. Ортогональность функций е и h . , . . . , 71
3.4. Нормирование функций е и h.......72
3.5. Р"азлбжение векторов электромагнитного поля регулярного однородного волновода по ортогональным функциям ,,,.,.,.»..-• 77
3.6. Нормальные виды колебаний в регулярном однородном волноводе , . , , , . , , . . . 78
3.7. Эквивалентная схема регулярного волновода . , . 80
3.8. Амплитудные функции электромагнитного поля в произвольном сечении регулярного волновода , , . 82
3.9. Уравнение эквивалентной линии передачи . , . 83 Литература .............. 84',
Глава 4. Прямые и отраженные волны в регулярных волноводах
4.1. Общие замечания ......... 86
4.2. Амплитудные1 функции результирующего электромаг- ,
• . ' нитного поля в регулярном волноводе .... \87
4.3. Коэффициент отражения . '.'.'. '. •. . « №
4.4. Бегущая и стоячая волны в регулярном волноводе 54
4.5. (Коэффициент стоячей волны.......'95
4.6. Распределение амплитуд результирующего поля j.
- вдоль волновода . . . ..... '-w -, «• ^
4.7. Распределение фаз результирующего поля-4 /^ДОл*. «л,
" волновода . . . . . . . , . .'.•»'**".
4.8. Связь картины распределения поля в волноводе со свойствами нагрузки , . . :..,.- 10*
4.9. Поток мощности и. максимальная амплитуда напря-292
женности электрического поля в волноводе при на- • личии отражения.....,...•«• 1иэ
4.10. Коэффициент полезного действия волновода с потерями при наличии отражения......, 107
Литература............, 108
Глава б. Графические методы исследования регулярных волноводных систем
5.1. Диаграммы в полярных и в прямоугольных координатах ....... ,.......1109
6.1.1. Общие замечания . , ,.....109
5Л.2. Диаграммы в полярных координатах . . . 111 5.1.3. Диаграммы в прямоугольных координатах . . 1111
5.2. Круговые диаграммы сопротивлений z=tr+jx и про-водимостей y=g+jb в полярных координатах в плоскости переменной Г. (Круговые диаграммы Смита— Вольперта)...........1J3
5.3. Круговая диаграмма в прямоугольных координатах в. плоскости комплексного сопротивления z или комплексной проводимости у (диаграммы Шмидта) , . 117
5.4. Применение- круговых диаграмм . . . . . . 123
5.5. Круговая диаграмма Картера и диаграмма Мейнке— Клемента.......'.-.'. . . 126
6.6. Сравнение диаграмм в полярных и в прямоугольных координатах , ,....... . . 129
Литература . . . . . ,........132
Глава 6. Основные положения теории электрических цепей сверхвысоких частот
6.1. Связь состояний полей в граничных плоскостях волноводных систем со свойствами этих систем .' . 1133
6.2. Импедансные матрицы многоплечих систем . . . 137
6.3. Волновая матрица многоплечей волноводной системы—матрица рассеяния........ 140
6.4. Теорема Умова—Пойнтинга для волноводных узлов 141
6.5. Взаимные волноводные узлы ....... 1142
6.6. Связь импедансных матриц с волновыми . . . 145
6.7. Унитарность матрицы рассеяния для волноводных систем без диссипативных потерь.....146
6.8. Преобразование матрицы рассеяния при изменении положения референсных плоскостей.....148
6.9. Импедансные матрицы двуплечих волноводных систем .............151
6.10. Волновые матрицы двуплечих волноводных узлов 159 6. 111. Общие свойства одноплечих реактивных волноводных узлов. Теорема Фостера......Я64
Литература.............. 168
293
Глава 7. Эквивалентные схемы Нерегулярных вблнбвбдных систем
7.1. Значение эквивалентных схем волноводных узлов . 170
7.2. 'Качественный анализ влияния простых нерегулярно-
стей ..,..........171;
7.3. Эквивалентные схемы отрезков регулярных волноводов........ . . . . . 176!
7.3.1. Короткие отрезки волноводов, эквивалентные сосредоточенным L и- С ...... . . 176;
7.3.2. Уточнение эквивалентной схемы короткого отрез- <Т> ка линии........... 179J
7.4. Эквивалентный трансформатор ...... 11в4*
7.4.1. Теорема Вейсфлоха........ \Щ
7.4.2. Экспериментальное определение трансформирующих свойств волноводной системы ....
7.4.3. (Практическое применение закона эквивалентного трансформатора"...-......,19$.
7.5. Эквивалентные схемы волноводных двуплечих узлов , с диссипативными потерями.......1106';
7.6.1. Эквивалентная схема Вейсфлоха .... 10в'
7.5.2. Схема Фелсена и Олинера .««... 199.
Литература............. 207
Глава 8. Передача электромагнитной энергии в цепях сверхвысоких частот' '
8.1. Передача электромагнитной энергии в регулярном
. волноводе с одиночными нерегулярностями . . . 1Z08
8.1.1. Одиночная нерегулярность. в регулярной волноводной системе......... В08
8.1.2. Передача энергии в волноводной системе при наличии двух нерегулярностей.....210
8.2. Условия передачи максимальной мощности от источника в* нагрузку. Потери рассогласования . . 213'
8.3. Передача электромагнитной энергии через двуплечий волноводный узел..... , 216
8.4. Рабочие параметры волноводных узлов . . . 217 8.4.11. Рабочие параметры телефонии . . ... 217 8.4.2. Рабочие параметры двуплечих волноводных узлов С20
8.5. Связь между рабочими параметрами волноводного. двуплечего узла и общей матрицей эквивалентного четырехполюсника...... . -. • 227
8.6. Собственное ослабление волноводного узла . . . "32
Литература ....... у . . - • • • ^34
Глава 9. Геометрические методы определения матриц рассеяния двуплечих волноводных узлов
9.1. Преобразующее действие двуплечей волноводной си-стемы. Понятие иконоцентра......•• г~1
9.2. Абсолютные значения элементов матрицы рассеяния JW
294
9.3. Фазовые углы элементов матрицы рассеяния . . 247
9.4. Последовательность операции при измерении элементов матрицы рассеяния волноводных узлов по методу Дешана . f.......252
9.5. Приближенные оценки и ошибки определения параметров узлов по методу Дешана . . . . . . 255
9.6. Варианты метода Дешана для определения иконоцентра элементов и узлов в печатных системах в широком диапазоне частот ........ 256
9.6.1. Метод Уэнтворса и Барселя...... 257
9.6.2. Метод Дешана ,........259
9.7. Метод проективной диаграммы......262
9.7.1. Гиперболические координаты и гиперболическое расстояние..........263
9.7.2. Гиперболическая метрика проективной диаграммы 268
9.7.3. Связь проективных диаграмм с обычными круговыми диаграммами........272
9.7.4. Некоторые примеры практического применения проективной диаграммы.......275
Литература............. 277
Приложения. I. Обозначение диапазонов сверхвысоких
частот, принятое в США и Англии . . 279
II. Краткие сведения из теории матриц . 283
ГТредметныи указатель. ........288
Цена: 150руб.
