Obsah

Obsah
Predhovor 7
Zoznam symbolov veličín a ich jednotky v SI-sústave 9
Tabuľka fyzikálnych konštánt 12
Úvod 13
1 Elektromagnetické pole a jeho základné vlastnosti 17
1.1 Vektory elektromagnetického poľa 17
1.2 Maxwellove rovnice 18
1.3 Hraničné podmienky 20
1.4 Vlnové rovnice 20
1.5 Harmonické elektromagnetické polia 22
1.6 Elektromagnetické potenciály 24
1.7 Energia v elektromagnetickom poli. Poyntingov vektor 26
1.8 Komplexný Poyntingov vektor 28
1.9 Rovinná elektromagnetická vlna 29
1.10 Povrchový jav (skinefekt) 35
1.10.1 Jednorozmerný rovinný prípad 35
1.10.2 Povrchový jav vo valcovom vodiči 41
Úlohy 44
2 Základy všeobecnej teórie vedenia elektromagnetických vĺn vlnovodmi 47
2.1 Pozdĺžna závislosť vektorov elektromagnetického poľa vo vlnovode 48
2.2 Priečne a pozdĺžne zložky elektromagnetického poľa vo vlnovode
a ich vzájomný súvis 51
2.3 Okrajové podmienky pre pozdĺžne zložky elektromagnetického poľa
vo vlnovode E-vlny a H-vlny, vlny TEM vo vlnovode 53
2.4 Dĺžka vlny vo vlnovode a kritická vlnová dĺžka.
Rýchlosť šírenia elektromagnetických vĺn vo vlnovodoch 55
2.5 Vzťahy pre výpočet E- a H-vĺn vo vlnovodoch 58
2.6 Výkon prenášaný vlnovodom a straty v stenách vlnovodu 61
2.7 Útlm vo vlnovodoch 62
2.8 Dielektrické straty vo vlnovodoch 64
2.9 Rýchlosť prenosu energie vo vlnovode 66
2.10 Všeobecné vlastnosti TEM-vĺn vo vlnovodoch 67
Úlohy 70
3 Pravouhlý vlnovod 71
3.1 Riešenie vlnovej rovnice v pravouhlých súradniciach 71
3.2 E-vlny v pravouhlom vlnovode 75
3.3 H-vlny v pravouhlom vlnovode 78
3.4 Mód H 01 v pravouhlom vlnovode 82
3

4
3.5 Výkon prenášaný pravouhlým vlnovodom 85
3.6 Ohmické straty v stenách pravouhlého vlnovodu 83
3.7 Útlm v pravouhlých vlnovodoch 89
3.8 Voľba priečnych rozmerov pravouhlého vlnovodu 90
Úlohy 93
4 Cylindrický vlnovod 95
4.1 Riešenie vlnovej rovnice v polárnych súradniciach 95
4.2 E-vlny v cylindrických vlnovodoch 99
4.3 H-vlny v cylindrických vlnovodoch 100
4.4 Konfigurácie elektromagnetických vĺn v cylindrickom vlnovode 101
4.5 Elektromagnetické polia v cylindrických vlnovodoch nad kritickou vlnovou dĺžkou 106
4.6 Výkon prenášaný cylindrickým vlnovom 107
4.7 Ohmické straty a útlm v cylindrickom vlnovode 109
4.8 Voľba rozmerov cylindrického vlnovodu 111
Úlohy 113
5 Koaxiálny vlnovod 114
5.1 Vlna TEM v koaxiálnom vlnovode 115
5.2 E-vlny v koaxiálnom vlnovode 117
5.3 H-vlny v koaxiálnom vlnovode 119
5.4 Kritické vlnové dĺžky E- a H-vĺn v koaxiálnom vlnovode 121
5.5 Výkon prenášaný koaxiálnym vlnovodom na vlne TEM 124
5.6 Voľba priečnych rozmerov koaxiálneho vlnovodu 127
Úlohy 127
6 Základy teórie dlhých dvojvodičových vedení 128
6.1 Prúdové a napäťové vlny na dvojvodičových vedeniach 128
6.2 Impedancia na vedení a koeficient odrazu 134
6.3 Bezstratové dlhé vedenia 137
Úlohy 142
7 Páskové vlnovody 147
7.1 Symetrický páskový dvojvodič 149
7.2 Symetrický páskový vlnovod 150
7.3 Asymetrický páskový vlnovod (mikropáskový vlnovod) 155
7.4 Iné typy páskových vlnovodov 158
7.5 Výroba a použitie páskových vedení 158
Úlohy 160
8 Stojaté vlny vo vedeniach 161
8.1 Impedancia vo vlnovode v režime stojatej vlny 167
8.2 Transformácia impedancie 169
8.3 Kruhový impedančný diagram (Smithov diagram) 170
8.3.1 Určenie impedancie a koeficientu odrazu zo známeho PSV
a vzdialenosti minima 175
8.3.2 Transformácia impedancie pomocou kruhového diagramu 176
8.3.3 Určenie admitancie pomocou kruhového diagramu. 176
8.3.4 Impedančné prispôsobenie pomocou kruhového diagramu 177
Úlohy 178
9 Dutinové rezonátory 182
9.1 Kvalita dutinového rezonátora 183
9.2 Elektromagnetické polia v dutinových rezonátoroch 186

9.3 Konfigurácie elektromagnetických polí v pravouhlých dutinových rezonátoroch 188
9.4 Konfigurácie elektromagnetických polí v cylindrických rezonátoroch 190
9.5 Štruktúry základných módov v pravouhlých a cylindrických dutinových rezonátoroch 191
9.6 Koaxiálne rezonátory 197
9.7 Iné typy rezonátorov 201
Úlohy 203
Doplnok I – Poznámka o reálnom charaktere vlastných hodnôt vlnovej funkcie 204
Doplnok II – Elektrická vlastnosti vybraných kovov a dielektrík 205
Doplnok III – Diferenciálne operácie na skalárnych a vektorových poliach 206
Laplaceov operátor 207
Vektorové identity s nabla-operátorom 207
Literatúra 208
Riešenia úloh 209
Register 257
5

Predhovor
Učebný text "Elektronika veľmi vysokých frekvencií" vznikol opravením, prepracovaním
a rozšírením učebného textu „Vysokofrekvenčná elektronika“, ktorý ako skriptum vyšiel
v Edičnom Stredisku RUK v Bratislave v roku 1981 a slúžil ako učebná pomôcka
k prednáške s rovnakým názvom na MFF UK v Bratislave. Som si vedomý, že
predkladaný text dostatočne neodráža rozsah disciplíny „elektronika veľmi vysokých
frekvencií“. Tento názov textu bol zvolený iba kvôli konzistencii s názvom rovnakej
prednášky na Fakulte matematiky, fyziky a informatiky UK v Bratislave. Učebný text je
venovaný predovšetkým problémom prenosu elektrických signálov a výkonov veľmi
vysokých frekvencií rôznymi druhmi prenosových vedení, pritom si všíma viac fyzikálnu
ako technickú stránku problematiky, a nezaoberá sa spracovaním signálov, prípadne ich
zosilnením. Napriek prudkému rozvoju vysokofrekvenčnej, hlavne mikrovlnovej
techniky a technológie, všeobecné fyzikálne princípy prenosu a spracovania signálov
VVF zostávajú rovnako platné a text, ktorý nie je zaťažený technickými podrobnosťami
má šancu na dlhodobú životnosť. Budúci špecialisti musia preto siahnuť po ďalšej
technickej literatúre. Kapacitne text odpovedá jednosemestrálnemu päťhodinovému
kurzu elektroniky veľmi vysokých frekvencií, ktorý sa prednáša študentom vybraným
fyzikálnym zameraní na FMFI UK v Bratislave. Najväčšia pozornosť je v texte venovaná
klasickým trubicovým pravouhlým a cylindrickým vlnovodom. Tieto vlnovody sú dnes
často – hlavne v nízkovýkonových aplikáciách – nahradzované páskovými vedeniami
a koaxiálnymi vlnovodmi (káblami) s kvalitnými dielektrikami, ktoré dnes prežívajú
renesanciu, pretože majú prenosové parametre porovnateľné s parametrami trubicových
vlnovodov a pritom sú neporovnateľne lacnejšie. Páskové vlnovody sa využívajú aj ako
súčasť integrovanej mikrovlnovej techniky. V učebnom texte sú okrem vlnovodov analyzované
aj základné typy dutinových rezonátorov.
Pôvodný text som doplnil kapitolou „Základy teórie dlhých dvojvodičových vedení“
a odsekmi o teórii a aplikácii kruhového impedančného, resp. admitančného diagramu
(Smithov diagram), ktorý aj v čase počítačovej techniky má svoje opodstatnenie a isté
čaro. Podstatne som rozšíril kapitolu o páskových vlnovodoch. Text bol tiež doplnený
viac ako stovkou riešených úloh. Myslím si, že jedine schopnosť riešenia praktických
problémov je spoľahlivým meradlom zvládnutia teórie.
Je pre mňa milou povinnosťou poďakovať sa mojím priateľom a kolegom z Katedry
rádiofyziky FMFI UK za záujem o tvorbu rukopisu a za ich aktívnou pomoc pri jeho
spracovaní. Ďakujem kolegom doc. RNDr. Andrejovi Jaroševičovi, CSc. za diskusie
o texte a počítačové spracovanie niektorých grafických závislostí, RNDr. Andrejovi
Krátkemu a doc. RNDr. Františkovi Kundracikovi, CSc. za to, že moje predstavy o riešení
niektorých úloh ochotne preniesli počítačom do Smithovho diagramu a RNDr. Petrovi
7

Kohautovi ďakujem za cenné podnety k technickej úprave rukopisu. Doc. RNDr. Františkovi
Kundracikovi, Csc. ďakujem tiež za návrh a tvorbu obálky.
Osobitnou vďakou som zaviazaný recenzentom textu, pánom doc. Ing. Petrovi
Hajachovi, Ph.D. z Katedry rádioelektroniky FEI STU a doc. RNDr. Andrejovi
Jaroševičovi, CSc. za recenziu a za pripomienky ktoré prispeli k zvýšeniu kvality tohto
učebného textu.
8

Zoznam symbolov veličín a ich jednotky v SI-sústave
(Vektorové a komplexné veličiny sú tlačené tučnou kurzívou)
Symbol
Veličina
Jednotka v SIsústave
A vektorový potenciál Wb/m = T.m
A útlm (tlmenie) dB
a
výška pravouhlého vlnovodu, polomer plášťa koaxiálneho m
vlnovodu, šírka páskového vlnovodu
B vektor magnetickej indukcie T
B susceptancia, imaginárna časť admitancie S
b
šírka pravouhlého vlnovodu, polomer vnútorného vodiča koax. m
kábla, hrúbka substrátu páskového vlnovodu
C kapacita F
kapacita na jednotku dĺžky
F/m
c rýchlosť svetla vo voľnom priestore (vo vákuu) m/s
D vektor elektrickej indukcie C/m 2 = A.s.m –2
d dĺžka vedenia m
E vektor intenzity elektrického poľa V/m
E-vlny TM-vlny, vlny s pozdĺžnou elektrickou zložkou —
e elementárny náboj C = A.s
e základ prirodzených logaritmov —
F sila N
f frekvencia Hz
f kr kritická (medzná) frekvencia Hz
G vodivosť, reálna časť admitancie S
vodivosť na jednotku dĺžky vedenia
S/m
H vektor intenzity magnetického poľa A/m
H-vlny TE-vlny, vlny s pozdĺžnou magnetickou zložkou —
I stály elektrický prúd, amplitúda prúdu A
I + , I – amplitúda postupujúcej a odrazenej prúdovej vlny A
J prúdová hustota, amplitúda objemovej prúdovej hustoty A/m 2
J s amplitúda plošnej prúdovej hustoty A/m
J m Besselova funkcia prvého druhu, m-tého rádu —
J m′ prvá derivácia J m —
j imaginárna jednotka —
K koeficient šírenia vlny m –1 , dB/m
k vlastná hodnota, vlnové číslo m –1
L indukčnosť H
indukčnosť na jednotku dĺžky
H/m
l
dĺžka trubicového vlnovodu, prípadne dvojvodičového vedenia, m
dĺžka pravouhlého rezonátora
l min vzdialenosť (kladná alebo záporná) uvažovanej roviny od m
minima stojatej vlny vo vlnovode
ln prirodzený logaritmus —
log dekadický logaritmus —
M vzájomná indukčnosť H
Np neper* – jednotka útlmu *Np nie je SI
jednotkou
n 0 jednotkový vektor normály —
9

Symbol
Veličina
Jednotka v SIsústave
P E , P H elektromagnetický výkon prenášaný vlnovodom na vlnách E a H W
P S stratový výkon na jednotku dĺžky vlnovodu W/m
P + , P – výkon postupujúcej a odrazenej vlny W
PSV pomer stojatej vlny —
Q integrálny elektrický náboj C = A.s
kvalita rezonátora —
q elektrický náboj C = A.s
R elektrický odpor, reálna časť impedancie Ω
odpor na jednotku dĺžky vedenia
Ω/m
R vf vysokofrekvenčný odpor, plošný odpor, odpor na štvorec Ω, Ω/štvorec
r pomer stojatej vlny —
polomer
m
r, ϕ, z cylindrické (valcové) súradnice m, rad, m
r 0 , ϕ 0 , z 0 jednotkové vektory cylindrických (valcových) súradníc —
r, ϑ, ϕ sférické (guľové) súradnice m, rad, rad
r 0 , ϑ 0 , ϕ 0 jednotkové vektory sférických (guľových) súradníc —
S Poyntingov vektor W/m 2
S kompl komplexný Poyntingov vektor W/m 2
S stredná hodnota Poyntingovho vektora W/m 2
S plocha m 2
T perióda s
TEM-vlna transverzálna (priečna) elektromagnetická vlna —
t čas s
hrúbka vodivej fólie páskového vlnovodu
m
tg δ činiteľ strát, tangens stratového uhla dielektrika —
U, U 0 stále napätie, amplitúda napätia V
U ef efektívna hodnota napätia V
U + , U – amplitúda postupujúcej a odrazenej napäťovej vlny V
u mn n-tý koreň Besselovej funkcie prvého druhu m-tého rádu —
u′ n-tý koreň prvej derivácie Besselovej funkcie prvého druhu —
mn
m-tého rádu
v rýchlosť šírenia vlny v neohraničenom dielektrickom prostredí m/s
v f fázová rýchlosť vĺn m/s
v g grupová (skupinová) rýchlosť m/s
W elektromagnetická energia J = W.s
w šírka centrálneho pásika páskového vlnovodu m
w elmag hustota energie elektromagnetického poľa J/m 3
X reaktancia, imaginárna časť impedancie Ω
x, y, z pravouhlé (kartézske) súradnice m
x 0 , y 0 , z 0 jednotkové vektory kartézskych súradníc
Y komplexná admitancia S
komplexná admitancia na jednotku dĺžky
S/m
Y m Besselova funkcia druhého druhu m-tého rádu —
Y v charakteristická admitancia bezstratového vlnovodu, príp. vedenia
S
y normovaná admitancia —
Z komplexná impedancia, impedancia vo vlnovode v režime Ω
stojatej vlny
komplexná impedancia na jednotku dĺžky
Ω/m
10

Symbol
Z E , Z H , Z v
Z v , Z v
Z 0
Veličina
charakteristické (vlnové) impedancie E- a H- módov
v trubicových vlnovodoch a impedancie vyšších módov
v dvojvodičových vedeniach (bezstratové prostredia)
charakteristické (vlnové) impedancie TEM-vĺn
v dvojvodičových stratových alebo bezstratových vedeniach
charakteristická impedancia neohraničeného bezstratového
Jednotka v SIsústave
Ω
dielektrika
Z 00 charakteristická impedancia voľného priestoru Ω
z normovaná impedancia —
α koeficient útlmu (tlmenia) m –1 , dB/m
α c koeficient útlmu kovov m –1 , dB/m
α d koeficient útlmu dielektrík m –1 , dB/m
β fázový koeficient (fázová konštanta) rad/m
β 0
fázový koeficient (fázová konštanta) v neohraničenom rad/m
dielektriku
γ koeficient šírenia m –1 , dB/m
δ hĺbka vniku (skinová hĺbka) m
stratový uhol dielektrika
rad
ε 0 elektrická konštanta F/m
ε permitivita F/m
ε* komplexná permitivita F/m
ε r
relatívna permitivita —
ε ef efektívna permitivita —
λ vlnová dĺžka m
λ kr kritická (medzná) vlnová dĺžka m
λ v dĺžka vlny vo vlnovode m
λ 0 dĺžka vlny vo voľnom priestore (vo vákuu) m
µ 0 magnetická konštanta H/m
µ permeabilita H/m
µ r relatívna permeabilita —
π kruhová konštanta, Ludolfovo číslo —
ρ koeficient odrazu —
ρ E , ρ H koeficient odrazu elektrickej alebo magnetickej zložky vlny —
ρ U , ρ I koeficient odrazu napäťovej alebo prúdovej vlny —
ρ rezistivita Ω.m
objemová hustota náboja C/m 3 = A.s/m 3
σ konduktivita S/m
σ s plošná hustota náboja C/m 2 = A.s/m 2
τ časová konštanta s
objem m 3
Φ fáza koeficientu odrazu rad, °
ϕ skalárny potenciál V
uhol, fázový uhol rad, °
Ψ vlnová funkcia —
ω uhlová frekvencia rad/s
ω kr kritická (medzná) uhlová frekvencia rad/s
Ω
Ω
11

Tabuľka fyzikálnych konštánt
Veličina
Rýchlosť svetla vo voľnom priestore (vo vákuu) c
Hodnota v SI sústave
299 792 458 m.s –1 (presne)
Magnetická konštanta (permeabilita voľného priestoru) µ 0
4π.10 –7 H.m –1 (z definície)
Elektrická konštanta (permitivita voľného priestoru)
ε 0 = 1/(µ 0 c 2 )
Charakteristická impedancia voľného priestoru
Z 00 = µ ε 0 0 = µ 0c
Elementárny náboj e
Elektrónvolt eV
Pokojová hmotnosť elektrónu m e
Pokojová hmotnosť protónu m p
Pokojová energia elektrónu m e c 2
8,854 187 818.10 –12 F.m –1
376,73 Ω
1,602 182 946.10 –19 C (= A.s)
1,602 182 946.10 –19 J
9,109 463 4.10 –31 kg
1,672 635 5.10 –27 kg
8,187.10 –14 J = 0,511.10 6 eV
Avogadrova konštanta N A 6,022 092 1.10 26 kmol –1
Faradayova konštanta F 9,648 530 9.10 7 C.kmol –1
Boltzmannova konštanta k 1,380 652.10 –23 J.K –1
12

ÚVOD
Elektronika veľmi vysokých frekvencií je vedecký odbor, ktorý vznikol v priebehu
druhej svetovej vojny a ktorý sa zaoberá problémami generovania, šírenia a aplikácií
elektromagnetických kmitov zhruba vo frekvenčnom pásme od 300 MHz do 1000 GHz,
čo zodpovedá pásmu vlnových dĺžok od 1 m po 0,3 mm. Je zvykom túto frekvenčnú alebo
vlnovú oblasť deliť na pásmo metrových, decimetrových, centimetrových a milimetrových
vĺn. Pásmo centimetrových a milimetrových vĺn sa nazýva tiež pásmom mikrovĺn.
Používanie vlnového triedenia elektromagnetického žiarenia namiesto frekvenčného
v tomto pásme má historické dôvody – v čase prvých experimentálnych prác s mikrovlnami
v prvej polovici minulého storočia sa jednoduchšie merala vlnová dĺžka ako frekvencia.
Aj keď elektromagnetické kmity z pásma mikrovĺn boli generované už v druhej
polovici devätnásteho storočia nemeckým fyzikom H. Hertzom, k ich využitiu došlo až
v priebehu druhej svetovej vojny na účely rádiovej lokácie. V tomto období bolo vo
Veľkej Británii vynájdené a v USA zdokonalenie zariadenie na zisťovanie polohy
objektov na zemi a vo vzduchu, ktoré dostalo názov radar alebo rádiolokátor (skr. angl.
názvu – Radiofrequency Detecting and Ranging System), ktoré zohralo dôležitú úlohu
pri porážke nemeckej Luftwaffe v bitke o Angliu. Prvé rádiolokátory boli projektované
pre pásmo vlnových dĺžok 1,25 cm. Ukázalo sa však, že v tomto pásme nastáva silná
absorpcia elektromagnetických vĺn v atmosfére. V rokoch 1945-46 nositeľ Nobelovej
ceny Van Vleck a Weisskopf 1 dokázali teoreticky a Becker s Autlerom 2 experimentálne,
že absorpciu spôsobujú vodné pary v atmosfére, a tak sa radary museli presťahovať do
iného frekvenčného pásma a hotové nákladné zariadenia určené na vojenské účely sa
dostali do fyzikálnych laboratórií, kde boli využité v rádiospektroskopii, ktorá sa v tom
období začala prudko rozvíjať. Práve generovanie mikrovĺn umožnilo experimentálny
rozvoj takej oblasti fyziky ako je molekulárna spektroskopia plynov (štúdium oscilačných
a rotačných spektier molekúl), ale hlavne rozvoj elektrónovej paramagnetickej rezonancie
(EPR), ktorej prístrojovú bázu pri magnetických poliach cca 0,33 T tvorí mikrovlnová
technika v X-pásme. Na druhej strane selektívna emisia elektromagnetického žiarenia látkami
umožnila vedcom konštrukciu nízkošumových kvantových zosilňovačov a generátorov typu
MASER (skr. angl. názvu – Microwave Amplification by Stimulated Emission of
Radiation) s neobyčajne vysokou stabilitou frekvencie. Postupom času mikrovlny našli
svoje využitie v rádionavigácii, telekomunikácii, televízii, v kozmických spojoch a i..
Nezanedbateľné je aj využitie mikrovĺn na ohrev biologických materiálov (potravín
a pod.) v dnes už široko používaných mikrovlnových peciach ("mikrovlnkách"), ktoré
pracujú na frekvencii 2,45 GHz.
Zvláštnosťou elektromagnetických vĺn z mikrovlnového pásma je ich kvázioptický
charakter. Elektromagnetická energia v pásme mikrovĺn sa dá fokusovať do úzkych
zväzkov, ktoré podliehajú rovnakým zákonom ako svetelné zväzky v optike (zákony
1 Van Vleck, J. H., Weiskopf, V. F., Rev. Mod. Phys., 17, 227 (1945)
2 Becker, G. E., Autler, S. H., Phys. Rev., 70, 300 (1946)
13

odrazu, lomu, rozptyl, polarizačné javy atď.). Ak napr. rozbiehavosť lúča parabolickej
antény priemeru 1 meter je pri frekvencii 1 GHz 50 stupňov, pri frekvencii 10 GHz je
iba 5 stupňov.
Technika veľmi vysokých frekvencií alebo mikrovĺn sa podstatne líši od techniky,
ktorou sa generujú, prenášajú a spracovávajú elektromagnetické kmity nižších frekvencií.
Prenos mikrovlnových signálov pozdĺž obyčajných dvojvodičových vedení (drôtov) na
veľké vzdialenosti je nemožný pre veľké straty vyžarovaním. Efektívny prenos signálov
veľmi vysokých frekvencií sa dá realizovať pomocou koaxiálnych vedení (káblov)
a mikrovĺn pomocou trubicových vlnovodov, pričom sa ukazuje, že vlnovodom s prierezom
niekoľko cm 2 možno prenášať výkony rádu MW pri relatívne nízkych stratách
(iba niekoľko dB/100 m). Z hľadiska prenosu informácií trubicovým vlnovodom je jeho
informačná kapacita mnohonásobne väčšia ako kapacita nízkofrekvenčných prenosových
vedení. Súvisí to s vysokou frekvenciou signálov mikrovlného pásma a veľkou
šírkou prenosového frekvenčného pásma vlnovodu.
Obvody veľmi vysokých frekvencií možno považovať za elektrické obvody s rozloženými
parametrami. Napr. rezonančné systémy v oblasti veľmi vysokých frekvencií nemožno
realizovať spojením prvkov so sústredených parametrami (L, C), pretože požadované
parametre týchto prvkov by boli veľmi malé a prakticky nerealizovateľné. Okrem toho,
vyžarovanie takého obvodu by bolo veľké, čo by viedlo k nízkym hodnotám kvalít. Ako
rezonančné systémy sa používajú toroidálne rezonátory, v ktorých existujú oblasti viacmenej
sústredenej kapacity a indukčnosti, pričom rezonátor tvorí uzavretá dutina. Na
mikrovlnách sa ako rezonančné systémy používajú kovové dutiny tvaru kvádra alebo
valca s jedným alebo viacerými väzobnými otvormi a nazývajú sa dutinové rezonátory.
V takýchto dutinách pojem kapacity alebo indukčnosti stráca úplne zmysel. Dutinové
rezonátory majú rad diskrétnych rezonančných frekvencií a ich kvalita môžu dosahovať
hodnôt rádu 10 5 .
Pri generovaní signálov v pásme veľmi vysokých frekvencií vzniká rad špecifických
problémov, ktoré obmedzujú alebo dokonca vylučujú použitie klasických elektrónkových
a polovodičových oscilátorov so spätnou väzbou vhodných pre generovanie signálov
s nízkymi frekvenciami. Tieto problémy súvisia najmä:
1. s nemožnosťou realizovať rezonančné obvody so sústredenými parametrami na
veľmi vysokých frekvenciách,
2. so zotrvačnosťou elektrónov v oblasti veľmi vysokých frekvencií, ktorá spôsobuje,
že čas preletu elektrónov akčným priestorom môže byť porovnateľný alebo dokonca
väčší ako perióda riadiaceho vysokofrekvenčného poľa.
Prvú ťažkosť možno preklenúť zámenou LC obvodov dutinovými rezonátormi. Druhý
problém si vyžiadal principiálne nové konštrukcie generátorov veľmi vysokých frekvencií
s dynamickým riadením elektrónového zväzku. K takýmto generátorom patria napr.
reflexný klystrón, mnohodutinový magnetrón, elektrónky s postupnou vlnou a moderné
polovodičové mikrovlnové generátory.
Špecifické vlastnosti signálov veľmi vysokých frekvencií vyžadujú odlišný prístup
k ich analýze, iný než ten, aký sa používa v oblasti nízkych frekvencií. Obvody veľmi
vysokých frekvencií majú charakter obvodov s rozloženými parametrami R, L, C. Pri
ešte vyšších frekvenciách sa význam týchto parametrov úplne stráca. Pojmy, ako napätie
a prúd, ktoré majú základný význam pri štúdiu obvodov so sústredenými parametrami, tu
majú druhoradý význam pre ich priestorovú nejednoznačnosť. Prvotný význam tu majú
elektromagnetické polia, presnejšie ich elektrická a magnetická zložka a s nimi viazaná
14

impedancia. Iba štúdium priestorovo-časovej konfigurácie týchto polí umožňuje opísať toky
elektromagnetického výkonu. Matematickým aparátom pre štúdium elektromagnetických
javov na veľmi vysokých frekvenciách sú z uvedeného dôvodu popri rovniciach pre
elektrické obvody, t. j. popri Kirchhoffových zákonoch (a z nich plynúcich rovniciach
pre elektrické siete), tiež rovnice elektromagnetického poľa – Maxwellove rovnice
a z nich odvodené vlnové rovnice. Týmto sa metódy elektroniky veľmi vysokých frekvencií
zásadne líšia od metód nízkofrekvenčnej elektroniky.
15