Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

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

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "B V M T 1 část 2. Mikrovlnná technika část 2. Mikrovlnná technika."— Transkript prezentace:

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

2 2 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. 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) Mikrovlny Mikrovlny   microwaves microwaves   Mikrowellen těchnika svěrchvysokych častot (SVČ)

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

4 4

5 5 Dílčí mikrovlnná kmitočtová pásma pro komunikační systémy Dílčí mikrovlnná kmitočtová pásma pro komunikační systémy

6 6

7 7  S1S1S1S1 S1S1S1S1 S2S2S2S2 S2S2S2S2 d ii i 1 = I · sin  t i 2 = I · sin  ( t +  ) = = I · sin (  t +  ) = I · sin (  t +  ) i 2 = I · sin  ( t +  ) = = I · sin (  t +  ) = I · sin (  t +  ) d d vf vf vf vf vf vf vf vf  =   = 2  f · —– = 2  · —– d d g g Obvody se soustředěnými parametry Obvody s rozloženými parametry l << g    0  0  0  0   0  0  0  0    0  0  0  0   0  0  0  0 l  g >> celková délka vedení (celková velikost zařízení) = l l l vf vf vf vf vf vf vf vf  =   = 2  f · —– = 2  · —– l l g g

8 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) parametry mají 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.

9 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 v f (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. 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 v f (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.

10 490 μm 490 μm 600 μm 600 μm 150 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). 10 Hybridní integrovaný širokopásmový zesilovač MHz s využitím prvků se soustředěnými parametry Monolitický integrovaný nízkošumový zesilovač 5,8 GHz s využitím prvků se soustředěnými parametry

11 11 Zájem o výzkum a vývoj aplikací mikrovlnné techniky je vyvolán tím, že jejich fyzikálně-technický princip umožňuje výhodně: Důvody aplikací mikrovlnné techniky  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.  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.

12 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.  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.

13 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 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

14  Mobilní a bezdrátové radiotelefonní spoje (GSM, PCN, DECT, UMTS a další) 14 frekvencefrekvence

15 15  Bezdrátové profesionální sítě a spoje mezi počí- tačovými sítěmi WLAN ( W ireless L ocal A rea N etwork), systém Bluetooth, WiFi apod.

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

17  Profesionální kosmické spoje Země–satelit (rozhlas, TV, data), radiokomunikační družice  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.) 19, meteorologické radary

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 průhlednéokno dveře ohřívacíprostor tvarovačpole vazebníotvor vlnovod vazebnísonda magnetron ventilátorchlazení napájecízdroj skleněná deska s potravinou  Mikrovlnný ohřev (v domácnosti, průmyslový ohřev, v lékařství apod.) 22 dutinovýrezonátordutinovýrezonátor

23 magnetron f = 2,4 GHz magnetron dřevěná deska 23 magnetron f = 2,4 GHz absorpčnízátěž ohřívanýmateriál posuvnýpás

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

25  Průmyslové, zemědělské, lékařské, geofyzi- kální a vědecké aplikace mikrovln 25  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 ....  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 ....

26 26 Typy mikrovlnných vedení Základním stavebním prvkem mikrovlnných obvodů je tzv. vedení, jehož typickým znakem je, že jeho délka je srovnatelná, příp. mno- hem větší než délka vlny 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.

27 27 Podélně homogenní vedení (vlnovod) má po celé své délce konstantní příčné geometrické rozměry a materiálové pro- středí, jímž je vyplněno, je po celé délce stejnorodé (homogenní). Příčně homogenní vedení (vlnovod) je takové, jehož mate- riálové prostředí je stejnorodé v příčné rovině (v příčném průřezu) vedení. Podélně nehomogenní 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 .

28 28 Základní typy mikrovlnných vedení, jejich konstrukce a hlavní parametry Základní typy mikrovlnných vedení, jejich konstrukce a hlavní parametry Otevřené dvojvodičové vedení (dvojlinka) 0 až 100 MHz 0,01 až 1 1 do 10 9 W Druh vedení Konstrukce, tvar Kmitočtový rozsah Měrný útlum [dB/m] Maximální přenášený výkon

29 29 Koaxiální (souosé) vedení 0 až 26 GHz (špičkově až do 40 GHz) 0,1 až 10 2 do 10 7 W Druh vedení Konstrukce, tvar Kmitočtový rozsah Měrný útlum [dB/m] Maximální přenášený výkon Mikropáskové vedení (microstrip) 100 MHz až 26 GHz (ve speciálních konfiguracích až do 60 GHz) 0,1 až 20 3 do 100 W dielektrikum kovové pásky

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

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

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.  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 koaxiálníkoaxiální vlnovodovévlnovodové 33

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

35 35 Mikropáskový tranzistorový čtyřnásobič kmitočtu

36 Technologie mikrovlnných integrovaných obvodů 36 hybridní integrace monolitická integrace


Stáhnout ppt "B V M T 1 část 2. Mikrovlnná technika část 2. Mikrovlnná technika."

Podobné prezentace


Reklamy Google