Dalga kılavuzlarında empedans uyumu nasıl sağlanır? Mikroşerit anten teorisindeki iletim hattı teorisinden, iletim hatları arasında veya iletim hatları ile yükler arasında empedans uyumu sağlamak için uygun seri veya paralel iletim hatlarının seçilebileceğini ve böylece maksimum güç iletimi ve minimum yansıma kaybı elde edilebileceğini biliyoruz. Mikroşerit hatlardaki empedans uyumu ilkesi, dalga kılavuzlarındaki empedans uyumu için de geçerlidir. Dalga kılavuzu sistemlerindeki yansımalar empedans uyumsuzluklarına yol açabilir. Empedans bozulması meydana geldiğinde, çözüm iletim hatlarındakiyle aynıdır, yani gerekli değeri değiştirmektir. Toplu empedans, uyumsuzluğu gidermek ve böylece yansımaların etkilerini ortadan kaldırmak için dalga kılavuzunda önceden hesaplanmış noktalara yerleştirilir. İletim hatları toplu empedanslar veya çıkıntılar kullanırken, dalga kılavuzları çeşitli şekillerde metal bloklar kullanır.
Şekil 1:Dalga kılavuzu irisleri ve eşdeğer devresi, (a)Kapasitif; (b)Endüktif; (c)Rezonans.
Şekil 1, gösterilen formlardan herhangi birini alan ve kapasitif, endüktif veya rezonans olabilen farklı empedans eşleştirme türlerini göstermektedir. Matematiksel analizi karmaşıktır, ancak fiziksel açıklaması karmaşık değildir. Şekildeki ilk kapasitif metal şerit göz önüne alındığında, dalga kılavuzunun üst ve alt duvarları arasında (baskın modda) var olan potansiyelin artık daha yakın mesafedeki iki metal yüzey arasında mevcut olduğu, dolayısıyla kapasitansın 10 ... Bu, ana modun empedans uyumunun ve ayarının çok iyi olduğu ve bu modun şöntleme etkisinin ihmal edilebilir düzeyde olacağı anlamına gelir. Ancak, diğer modlar veya frekanslar zayıflayacağından, rezonans metal halka hem bant geçiren filtre hem de mod filtresi görevi görür.
Şekil 2: (a) dalga kılavuzu direkleri; (b) iki vidalı eşleştirici
Yukarıda, silindirik bir metal direğin geniş kenarlardan birinden dalga kılavuzuna doğru uzandığı ve bu noktada toplu reaktans sağlama açısından metal bir şeritle aynı etkiye sahip olduğu başka bir ayarlama yöntemi gösterilmiştir. Metal direk, dalga kılavuzuna ne kadar uzandığına bağlı olarak kapasitif veya endüktif olabilir. Esasen, bu eşleştirme yöntemi, böyle bir metal sütun dalga kılavuzuna hafifçe uzandığında, o noktada kapasitif bir süseptans sağlaması ve kapasitif süseptansın, penetrasyon yaklaşık bir dalga boyunun dörtte biri olana kadar artmasıdır. Bu noktada seri rezonans meydana gelir. Metal direğin daha fazla penetrasyonu, yerleştirme daha eksiksiz hale geldikçe azalan bir endüktif süseptansın sağlanmasıyla sonuçlanır. Orta nokta kurulumundaki rezonans yoğunluğu, kolonun çapıyla ters orantılıdır ve bir filtre olarak kullanılabilir, ancak bu durumda daha yüksek dereceli modları iletmek için bir bant durdurma filtresi olarak kullanılır. Metal şeritlerin empedansını artırmaya kıyasla, metal direklerin kullanımının en büyük avantajlarından biri, kolay ayarlanabilmeleridir. Örneğin, verimli bir dalga kılavuzu eşleştirmesi elde etmek için iki vida ayar cihazı olarak kullanılabilir.
Dirençli yükler ve zayıflatıcılar:
Diğer tüm iletim sistemleri gibi, dalga kılavuzları da gelen dalgaları yansımadan tamamen emmek ve frekansa duyarsız olmak için bazen mükemmel empedans uyumu ve ayarlanmış yükler gerektirir. Bu tür terminallerin bir uygulaması, herhangi bir güç yaymadan sistemde çeşitli güç ölçümleri yapmaktır.
Şekil 3 dalga kılavuzu direnç yükü (a)tek konik (b)çift konik
En yaygın dirençli sonlandırma, dalga kılavuzunun ucuna yerleştirilen ve yansımaya neden olmayacak şekilde konikleştirilen (ucu gelen dalgaya doğru bakacak şekilde) kayıplı bir dielektrik bölümüdür. Bu kayıplı ortam, dalga kılavuzunun tüm genişliğini kaplayabilir veya Şekil 3'te gösterildiği gibi yalnızca dalga kılavuzunun ucunun merkezini kaplayabilir. Konik kısım tek veya çift konik olabilir ve genellikle λp/2 uzunluğunda olup toplam uzunluğu yaklaşık iki dalga boyudur. Genellikle dış yüzeyi karbon film veya su camı ile kaplanmış cam gibi dielektrik plakalardan yapılır. Yüksek güçlü uygulamalar için, bu terminallere dalga kılavuzunun dışına ısı emiciler eklenebilir ve terminale iletilen güç, ısı emici veya zorlamalı hava soğutması yoluyla dağıtılabilir.
Şekil 4 Hareketli kanatlı zayıflatıcı
Dielektrik zayıflatıcılar Şekil 4'te gösterildiği gibi çıkarılabilir hale getirilebilir. Dalga kılavuzunun ortasına yerleştirilerek, en büyük zayıflamayı sağlayacağı dalga kılavuzunun merkezinden, baskın modun elektrik alan şiddeti çok daha düşük olduğundan zayıflamanın büyük ölçüde azaldığı kenarlara doğru yanal olarak hareket ettirilebilir.
Dalga kılavuzunda zayıflama:
Dalga kılavuzlarının enerji sönümlenmesi esas olarak aşağıdaki hususları içerir:
1. Dahili dalga kılavuzu süreksizliklerinden veya hizasız dalga kılavuzu bölümlerinden kaynaklanan yansımalar
2. Dalga kılavuzu duvarlarında akan akımın neden olduğu kayıplar
3. Dolu dalga kılavuzlarındaki dielektrik kayıplar
Son ikisi, koaksiyel hatlardaki karşılık gelen kayıplara benzer ve her ikisi de nispeten küçüktür. Bu kayıp, duvar malzemesine ve pürüzlülüğüne, kullanılan dielektriğe ve frekansa (deri etkisinden dolayı) bağlıdır. Pirinç borular için aralık, 5 GHz'de 4 dB/100 m ile 10 GHz'de 12 dB/100 m arasındadır, ancak alüminyum borular için aralık daha düşüktür. Gümüş kaplamalı dalga kılavuzlarında kayıplar genellikle 35 GHz'de 8 dB/100 m, 70 GHz'de 30 dB/100 m ve 200 GHz'de 500 dB/100 m'ye yakındır. Özellikle en yüksek frekanslarda kayıpları azaltmak için, dalga kılavuzları bazen (içten) altın veya platin ile kaplanır.
Daha önce de belirtildiği gibi, dalga kılavuzu bir yüksek geçiren filtre görevi görür. Dalga kılavuzunun kendisi neredeyse kayıpsız olsa da, kesme frekansının altındaki frekanslar ciddi şekilde zayıflar. Bu zayıflama, yayılmadan ziyade dalga kılavuzu ağzındaki yansımadan kaynaklanır.
Dalga kılavuzu kuplajı:
Dalga kılavuzu kuplajı, genellikle dalga kılavuzu parçaları veya bileşenleri birbirine bağlandığında flanşlar aracılığıyla gerçekleşir. Bu flanşın işlevi, düzgün bir mekanik bağlantı ve uygun elektriksel özellikler, özellikle düşük dış radyasyon ve düşük iç yansıma sağlamaktır.
Flanş:
Dalga kılavuzu flanşları, mikrodalga haberleşmelerinde, radar sistemlerinde, uydu haberleşmelerinde, anten sistemlerinde ve bilimsel araştırmalarda kullanılan laboratuvar ekipmanlarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Farklı dalga kılavuzu bölümlerini birbirine bağlamak, sızıntı ve paraziti önlemek ve yüksek güvenilirliğe sahip elektromanyetik dalgaların iletimini ve hassas konumlandırılmasını sağlamak için dalga kılavuzunun hassas hizalanmasını sağlamak amacıyla kullanılırlar. Tipik bir dalga kılavuzunun her iki ucunda, Şekil 5'te gösterildiği gibi bir flanş bulunur.
Şekil 5 (a)düz flanş; (b)flanş bağlantısı.
Daha düşük frekanslarda flanş, dalga kılavuzuna lehimlenir veya kaynaklanırken, daha yüksek frekanslarda daha düz bir flanş kullanılır. İki parça birleştirildiğinde, flanşlar cıvata ile birbirine bağlanır, ancak bağlantıda kesintileri önlemek için uçların düzgün bir şekilde bitirilmesi gerekir. Bileşenleri doğru şekilde hizalamak bazı ayarlamalarla daha kolay olduğundan, daha küçük dalga kılavuzları bazen bir halka somunla vidalanabilen dişli flanşlarla donatılır. Frekans arttıkça, dalga kılavuzu kuplajının boyutu doğal olarak azalır ve kuplaj süreksizliği, sinyal dalga boyu ve dalga kılavuzu boyutuyla orantılı olarak büyür. Bu nedenle, daha yüksek frekanslardaki süreksizlikler daha sorunlu hale gelir.
Şekil 6 (a) Daraltma bağlantısının kesiti; (b) Daraltma flanşının uç görünümü
Bu sorunu çözmek için, Şekil 6'da gösterildiği gibi dalga kılavuzları arasında küçük bir boşluk bırakılabilir. Sıradan bir flanş ve bir kısma flanşından oluşan bir kısma kaplini. Olası kesintileri telafi etmek için, kısma flanşında L şeklinde kesite sahip dairesel bir kısma halkası kullanılarak daha sıkı bir bağlantı elde edilir. Sıradan flanşların aksine, kısma flanşları frekansa duyarlıdır, ancak optimize edilmiş bir tasarım, SWR'nin 1,05'i aşmadığı makul bir bant genişliği (belki de merkez frekansın %10'u) sağlayabilir.
Gönderim zamanı: 15 Ocak 2024
