CCF20090228002

I

ELEMENTY I UKŁADY B.W.CZ.

1. Mikrofalowe elementy radiokomunikacyjnego systemu b.w.cz.

Równanie zasi ęgu radiokomunikacyjnego (przypomnienie)

—r

Rys. 1.1. Przykład systemu radiokomunikacyjnego.

P_r = { G„ G_rip„)J (16 Ti² d²)    (1.1)

P_r-moc sygnału nadawanego, P_n— moc sygnału odebranego,

( G„ - zysk anteny nadawczej, G_r - zysk anteny odbiorczej, <1 -odległość anten).

Dla danego systemu modulacji i kodowania należy uzyskać przed demodulatorem odpowiedni stosunek/; mocy sygnału do mocy szumu P_sz.

(P_rG)/\(P_aC) +zak\}>p.    (i .2)

( G - współczynnik wzmocnienia mocy sygnału od wyjścia anteny do wej ścia demodulatora , zak-zakłócenia).

Równoważna dysponowana moc szumów na wyjściu anteny

odbiorczej (tj. wejściu odbiornika) !
P*=V(Ta±Tt)B	(1.3)
[Ta — temperatura szumów anteny, Tr -wej ściowa temperatura szumów odbiornika).	równoważna

Z (1.1) wynika, że podstawowe elementy i układy wchodzące w skład systemu radiokomunikacyjnego i systemów pokrewnych to:

-    nadajniki (generacja mocy P„), wymagające opanowania techniki generacji sygnałów b.w.cz. (oscylatory b.w.cz.), układów modulacji, wzmacniaczy mocy, filtrów;

-    anteny nadawcze i odbiorcze;

-    odbiorniki sygnałów b.w.cz. (filtry, wzmacniacze o malycii szumach, układy przemiany częstotliwości, czasem demodulatory w zakresie b.w.cz).

W ramach przedmiotu "Elementy i układy b.w.cz.” zapoznamy się podstawowymi elementami, układami i technologiami pozwalającymi realizować w zakresie mikrofal funkcje generacji b.w.cz., wzmacniania, przemiany częstotliwości i filtracji sygnałów b.w.cz., oraz niektórych systemów modulacji. Konieczna jest znajomość pojęć wprowadzonych w przedmiocie „Technika mikrofalowa” jak również przedstawionych tam najważniejszych prowadnic mikrofalowych:    linii    współosiowej, symetrycznej i

niesymetrycznej linii paskowej oraz falowodu prostokątnego.

2. Przegląd technologii realizacji układów b.w.cz.

Układy b.w.cz. stanowią połączenia liniowych elementów pasywnych (tworzących np. filtry lub układy dopasowujące) z elementami nieliniowymi i aktywnymi służącymi do przemiany częstotliwości, modulacji, dcmodulacji, generacji i wzmacniania sygnałów b.w.cz. W większości technologii stosowanych w zakresie b.w.cz. najpierw realizowane są potrzebne układy pasywne a następnie montowane są w nich niezbędne elementy aktywne i nieliniowe. Jedynie w technologii monolitycznych układów mikrofalowych (MMUS) mamy do czynienia z realizacją w trakcie procesu pełnego układu, zawierającego tak elementy pasywne jaki i aktywne. Poniżej przedstawione zostaną w ogromnym skrócie najważniejsze technologie realizacji układów b.w.cz.

2.1. Realizacja układów b.w.cz. metodami obróbki mechanicznej

Do tej grupy układów b.w.cz. zaliczamy układy wykorzystujące linie współosiowe, linie symetryczne (najczęściej o kołowym, prostokątnym lub kwadratowym przekroju przewodu wewnętrznego) falowody prostokątne i falowody cylindryczne. Historycznie jest to pierwsza metoda realizacji układów b.w.cz. zbudowanych z odcinków prowadnic falowych. Podstawowe operacje wchodzące w skład tej technologii to toczenie, frezowanie, wiercenie, szlifowanie, polerowanie, lutowanie, spawanie. Często wykorzystywane są procesy elektrochemiczne mające na celu polepszenie właściwości powierzchni metalicznych lub ich zabezpieczenie przed korozją.

Układy wykonywane tą technologią mają istotne wady: duże rozmiary, waga, koszt (związany tak z kosztem wykonanie jak i ze stratami materiałów). Obecnie stosowana jest głównie do realizacji powszechnie wykorzystywanych elementów współosiowych (złącza, adaptery międzystandar-dowe, tłumiki, niektóre rodzaje filtrów), elementów falowodowych (przede wszystkim w urządzeniach dużej mocy) lub w zakresie fal milimetrowych (małe wymiary falowodów) oraz obudów układów scalonych.

2.2.    Technologia odlewania lub odlewania wtryskowego

Wykonywanie odlewów w formach (np. obudowy układów, elementy układów współosiowych). Brak strat materiałowych, możliwość powtarzalnej produkcji elementów.

2.3.    Technologia elektroformowania (ang. electroforming)

Polega na elektrochemicznym nanoszeniu warstw' metalu na uprzednio przygotowany rdzeń, który w następnym kroku jest usuwany (w sposób niszczący lub nie niszczący, zależnie od kształtu układu). Umożliwia precyzyjną realizację układów o skomplikowanych kształtach. Wymaga dodatkowych procesów obróbki mechanicznej i . elektrochemicznej. Jest to technologia czasochłonna i dość droga. Nadaje się do produkcji maioseryjnej, szczególnie elementów i układów na fale milimetrowe.

2.4. Technologia hybrydowych mikrofalowych układów scalonych (HMUS lub MUS)

Jest to technologia hybrydowa (mieszana): znaczna część układu w' postaci struktury opartej na wykorzystaniu prowadnicy lub prowadnic paskowych wykonywana jest na podłożu dielektrycznym w niżej opisanym procesie technologicznym a następnie montowane są elementy dyskretne (np. rezystory, kondensatory, induktory, diody, tranzystory).    •’

Wymagania stawiane podło żom do MUS i MMUS

1)    Odpowiednia wartość względnej stałej dielektrycznej s_r :

duża przy. małych częstotliwościach mikrofalowych (miniaturyzacją układów), stopniowo obniżana w miarę wzrostu częstotliwości.    . ...

2)    Odpowiednia grubość podłoża h

3)    Stałość powyższych parametrów w dowolnym miejscu podłoża oraz w funkcji warunków zewnętrznych (temperatura, ciśnienie, wilgotność, sk lad atmosfery). ’

4)    Odpowiednia gładkoś ć i grubość metalizacji

5)    Ma le straty dielektryczne (tj. ma ła warto ś ć tg £)

6) .Technologicznoś ć (wymagania dla MUS i MMUS są różne, w

y^ezwrązku'zerżnączńymi fóżnicann technologii). W przypadku

:MUS najważniejsze’ wymaganie to:    możliwość cięcia,

wiercenia otworów, możliwość pokrywania warstwami metalicznymi, niewrażliwi)ś ć na środki trawiące metale, odporność na wysokie temperatury związane z procesami technologicznymi.

7)    W układach dużej mocy-wysoka przewodno ś ć cieplna.