Cum se realizează potrivirea impedanței ghidurilor de undă?Din teoria liniei de transmisie în teoria antenei microbande, știm că pot fi selectate linii de transmisie în serie sau paralelă adecvate pentru a realiza potrivirea impedanței între liniile de transmisie sau între liniile de transmisie și sarcini pentru a obține o transmisie maximă a puterii și o pierdere minimă de reflexie.Același principiu de potrivire a impedanței în liniile microstrip se aplică potrivirii impedanței în ghidurile de undă.Reflecțiile în sistemele de ghid de undă pot duce la nepotriviri de impedanță.Când are loc deteriorarea impedanței, soluția este aceeași ca și pentru liniile de transmisie, adică modificarea valorii necesare. Impedanța concentrată este plasată în puncte precalculate din ghidul de undă pentru a depăși nepotrivirea, eliminând astfel efectele reflexiilor.În timp ce liniile de transmisie folosesc impedanțe concentrate sau cioturi, ghidurile de undă folosesc blocuri metalice de diferite forme.
figura 1: Irisurile ghidului de undă și circuitul echivalent,(a)capacitiv;(b)inductiv;(c)rezonant.
Figura 1 prezintă diferitele tipuri de potrivire a impedanței, luând oricare dintre formele prezentate și poate fi capacitivă, inductivă sau rezonantă.Analiza matematică este complexă, dar explicația fizică nu este.Având în vedere prima bandă metalică capacitivă din figură, se poate observa că potențialul care a existat între pereții de sus și de jos ai ghidului de undă (în modul dominant) există acum între cele două suprafețe metalice în apropiere mai apropiată, astfel încât capacitatea este The crește punctele.În schimb, blocul metalic din figura 1b permite curentului să curgă acolo unde nu a mai circulat înainte.Va exista un flux de curent în planul câmpului electric îmbunătățit anterior datorită adăugării blocului metalic.Prin urmare, stocarea energiei are loc în câmpul magnetic și inductanța în acel punct al ghidului de undă crește.În plus, dacă forma și poziția inelului metalic din figura c sunt proiectate în mod rezonabil, reactanța inductivă și reactanța capacitivă introduse vor fi egale, iar deschiderea va fi rezonanță paralelă.Aceasta înseamnă că potrivirea impedanței și reglarea modului principal sunt foarte bune, iar efectul de manevră al acestui mod va fi neglijabil.Cu toate acestea, alte moduri sau frecvențe vor fi atenuate, astfel încât inelul de metal rezonant acționează atât ca un filtru trece-bandă, cât și ca un filtru de mod.
figura 2: (a) stâlpi de ghidaj de undă; (b) dispozitiv de potrivire cu două șuruburi
O altă modalitate de reglare este prezentată mai sus, unde un stâlp metalic cilindric se extinde de la una dintre laturile largi în ghidul de undă, având același efect ca o bandă metalică în ceea ce privește furnizarea de reactanță concentrată în acel punct.Stâlpul metalic poate fi capacitiv sau inductiv, în funcție de cât de departe se extinde în ghidul de undă.În esență, această metodă de potrivire este că, atunci când un astfel de stâlp metalic se extinde ușor în ghidul de undă, acesta oferă o susceptință capacitivă în acel punct, iar susceptința capacitivă crește până când penetrarea este de aproximativ un sfert de lungime de undă. În acest moment, are loc rezonanța în serie. .Pătrunderea suplimentară a stâlpului metalic are ca rezultat asigurarea unei susceptibilitate inductivă care scade pe măsură ce inserția devine mai completă.Intensitatea rezonanței la instalația punctului mijlociu este invers proporțională cu diametrul coloanei și poate fi folosită ca filtru, totuși, în acest caz este folosit ca filtru de oprire a benzii pentru a transmite moduri de ordin superior.În comparație cu creșterea impedanței benzilor metalice, un avantaj major al utilizării stâlpilor metalici este că sunt ușor de reglat.De exemplu, două șuruburi pot fi folosite ca dispozitive de reglare pentru a obține o potrivire eficientă a ghidului de undă.
Sarcini rezistive și atenuatori:
Ca orice alt sistem de transmisie, ghidurile de undă necesită uneori o potrivire perfectă a impedanței și sarcini reglate pentru a absorbi pe deplin undele de intrare fără reflexie și pentru a fi insensibile la frecvență.O aplicație pentru astfel de terminale este de a face diferite măsurători de putere pe sistem fără a radia efectiv nicio putere.
figura 3 sarcină de rezistență a ghidului de undă(a)conic unic(b)conic dublu
Cea mai comună terminație rezistivă este o secțiune de dielectric cu pierderi instalată la capătul ghidului de undă și conică (cu vârful îndreptat către unda de intrare) pentru a nu provoca reflexii.Acest mediu cu pierderi poate ocupa întreaga lățime a ghidului de undă sau poate ocupa doar centrul capătului ghidului de undă, așa cum se arată în Figura 3. Conicitatea poate fi conică simplă sau dublă și are de obicei o lungime de λp/2, cu o lungime totală de aproximativ două lungimi de undă.De obicei realizate din plăci dielectrice precum sticlă, acoperite cu peliculă de carbon sau sticlă de apă la exterior.Pentru aplicații de mare putere, astfel de terminale pot avea radiatoare adăugate la exteriorul ghidului de undă, iar puterea furnizată către terminal poate fi disipată prin radiator sau prin răcirea forțată cu aer.
figura 4 Atenuator cu palete mobile
Atenuatoarele dielectrice pot fi detașabile așa cum se arată în Figura 4. Plasat în mijlocul ghidului de undă, acesta poate fi mutat lateral de la centrul ghidului de undă, unde va oferi cea mai mare atenuare, până la margini, unde atenuarea este mult redusă. deoarece intensitatea câmpului electric al modului dominant este mult mai mică.
Atenuare în ghidul de undă:
Atenuarea energiei ghidurilor de undă include în principal următoarele aspecte:
1. Reflecții din discontinuități interne ale ghidului de undă sau secțiuni nealiniate ale ghidului de undă
2. Pierderi cauzate de curentul care curge în pereții ghidului de undă
3. Pierderi dielectrice în ghidurile de undă umplute
Ultimele două sunt similare cu pierderile corespunzătoare din liniile coaxiale și sunt ambele relativ mici.Această pierdere depinde de materialul peretelui și de rugozitatea acestuia, de dielectricul utilizat și de frecvența (datorită efectului de piele).Pentru conducta de alamă, intervalul este de la 4 dB/100m la 5 GHz până la 12 dB/100m la 10 GHz, dar pentru conducta de aluminiu, intervalul este mai mic.Pentru ghidurile de undă acoperite cu argint, pierderile sunt de obicei de 8dB/100m la 35 GHz, 30dB/100m la 70 GHz și aproape de 500 dB/100m la 200 GHz.Pentru a reduce pierderile, în special la cele mai înalte frecvențe, ghidurile de undă sunt uneori placate (intern) cu aur sau platină.
După cum sa menționat deja, ghidul de undă acționează ca un filtru trece-înalt.Deși ghidul de undă în sine este practic fără pierderi, frecvențele sub frecvența de tăiere sunt puternic atenuate.Această atenuare se datorează mai degrabă reflexiei la gura ghidului de undă decât propagării.
Cuplaj ghid de undă:
Cuplarea ghidului de undă are loc de obicei prin flanșe atunci când piesele sau componentele ghidului de undă sunt unite între ele.Funcția acestei flanșe este de a asigura o conexiune mecanică netedă și proprietăți electrice adecvate, în special radiație externă scăzută și reflexie internă scăzută.
Flanșă:
Flanșele ghidului de undă sunt utilizate pe scară largă în comunicațiile cu microunde, sistemele radar, comunicațiile prin satelit, sistemele de antene și echipamentele de laborator în cercetarea științifică.Acestea sunt utilizate pentru a conecta diferite secțiuni ale ghidului de undă, pentru a asigura prevenirea scurgerilor și interferențele și pentru a menține alinierea precisă a ghidului de undă pentru a asigura o transmisie ridicată de încredere și o poziționare precisă a undelor electromagnetice de frecvență.Un ghid de undă tipic are o flanșă la fiecare capăt, așa cum se arată în Figura 5.
figura 5 (a)flanșă simplă;(b)cuplaj cu flanșă.
La frecvențe mai mici, flanșa va fi lipită sau sudată la ghidajul de undă, în timp ce la frecvențe mai mari se folosește o flanșă plată mai plată.Când două părți sunt îmbinate, flanșele sunt înșurubate împreună, dar capetele trebuie să fie finisate fără probleme pentru a evita discontinuitățile în legătură.În mod evident, este mai ușor să aliniați corect componentele cu unele ajustări, așa că ghidajele de undă mai mici sunt uneori echipate cu flanșe filetate care pot fi înșurubate împreună cu o piuliță inelară.Pe măsură ce frecvența crește, dimensiunea cuplării ghidului de undă scade în mod natural, iar discontinuitatea cuplajului devine mai mare proporțional cu lungimea de undă a semnalului și cu dimensiunea ghidului de undă.Prin urmare, discontinuitățile la frecvențe mai mari devin mai supărătoare.
figura 6 (a) Secțiunea transversală a cuplajului șocului; (b) vedere de capăt a flanșei șoculului
Pentru a rezolva această problemă, poate fi lăsat un mic spațiu între ghidajele de undă, așa cum se arată în Figura 6. Un cuplaj de șoc constând dintr-o flanșă obișnuită și o flanșă de șoc conectate împreună.Pentru a compensa eventualele discontinuități, un inel de șoc circular cu o secțiune transversală în formă de L este utilizat în flanșa șoculului pentru a obține o conexiune mai strânsă.Spre deosebire de flanșele obișnuite, flanșele de șoc sunt sensibile la frecvență, dar un design optimizat poate asigura o lățime de bandă rezonabilă (poate 10% din frecvența centrală) peste care SWR nu depășește 1,05.
Ora postării: 15-ian-2024
