Dalga kılavuzlarının 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 için dalga kılavuzunda önceden hesaplanmış noktalara yerleştirilir ve böylece yansımaların etkileri ortadan kaldırılır. İletim hatları toplu empedanslar veya çıkıntılar kullanırken, dalga kılavuzları çeşitli şekillerde metal bloklar kullanır.
Şekil 1:Dalga kılavuzu irisleri ve eşdeğer devre, (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 analiz karmaşıktır, ancak fiziksel açıklama değildir. Şekildeki ilk kapasitif metal şerit göz önüne alındığında, dalga kılavuzunun üst ve alt duvarları arasında var olan potansiyelin (baskın modda) artık daha yakın mesafedeki iki metal yüzey arasında var olduğu görülebilir, bu nedenle kapasitans Nokta artar. Buna karşılık, Şekil 1b'deki metal blok, akımın daha önce akmadığı yerden akmasına izin verir. Metal bloğun eklenmesi nedeniyle daha önce geliştirilmiş elektrik alan düzleminde akım akışı olacaktır. Bu nedenle, manyetik alanda enerji depolaması meydana gelir ve dalga kılavuzunun o noktasındaki endüktans artar. Ek olarak, Şekil c'deki metal halkanın şekli ve konumu makul bir şekilde tasarlanırsa, tanıtılan endüktif reaktans ve kapasitif reaktans eşit olacak ve açıklık paralel rezonans olacaktır. 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 zayıflatılacaktır, bu nedenle rezonans metal halkası hem bir bant geçiş filtresi hem de bir mod filtresi görevi görür.
Şekil 2: (a) dalga kılavuzu direkleri; (b) iki vidalı eşleştirici
Ayarlamanın başka bir yolu yukarıda gösterilmiştir, burada silindirik bir metal direk geniş kenarlardan birinden dalga kılavuzuna doğru uzanır ve bu noktada toplu reaktans sağlama açısından bir metal şeritle aynı etkiye sahiptir. 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 direkler kullanmanın en büyük avantajlarından biri, bunların ayarlanmasının kolay olmasıdır. Örneğin, verimli dalga kılavuzu eşleştirmesi elde etmek için iki vida ayar cihazı olarak kullanılabilir.
Dirençli yükler ve zayıflatıcılar:
Diğer tüm iletim sistemleri gibi, dalga kılavuzları bazen gelen dalgaları yansıma olmadan tamamen emmek ve frekans duyarsız olmak için mükemmel empedans uyumu ve ayarlanmış yükler gerektirir. Bu tür terminaller için bir uygulama, gerçekte herhangi bir güç yaymadan sistemde çeşitli güç ölçümleri yapmaktır.
Şekil 3 dalga kılavuzu direnç yükü (a)tek koniklik (b)çift koniklik
En yaygın dirençli sonlandırma, dalga kılavuzunun ucuna yerleştirilen ve yansımalara 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 tek veya çift konik olabilir ve tipik olarak λp/2 uzunluğundadır ve toplam uzunluğu yaklaşık iki dalga boyudur. Genellikle cam gibi dielektrik plakalardan yapılır ve dış tarafı karbon film veya su camı ile kaplanır. Yüksek güç uygulamaları için, bu tür 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 kesintilerinden veya hizalanmamış 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 etkisi nedeniyle) bağlıdır. Pirinç boru için aralık, 5 GHz'de 4 dB/100 m ile 10 GHz'de 12 dB/100 m arasındadır, ancak alüminyum boru için aralık daha düşüktür. Gümüş kaplamalı dalga kılavuzları için kayıplar tipik olarak 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 yüksek geçişli bir filtre görevi görür. Dalga kılavuzunun kendisi neredeyse kayıpsız olsa da, kesme frekansının altındaki frekanslar ciddi şekilde zayıflatılır. Bu zayıflama, yayılmadan ziyade dalga kılavuzu ağzındaki yansımadan kaynaklanır.
Dalga kılavuzu kuplajı:
Dalga kılavuzu kuplajı genellikle dalga kılavuzu parçaları veya bileşenleri bir araya getirildiğinde 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 iletişimlerinde, radar sistemlerinde, uydu iletişimlerinde, anten sistemlerinde ve bilimsel araştırmalarda laboratuvar ekipmanlarında yaygın olarak kullanılır. Farklı dalga kılavuzu bölümlerini bağlamak, sızıntı ve girişimin önlenmesini sağlamak ve yüksek Güvenilir iletim ve frekanslı elektromanyetik dalgaların hassas konumlandırılmasını sağlamak için dalga kılavuzunun hassas hizalanmasını sağlamak için 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 uçtan uca flanş kullanılır. İki parça birleştirildiğinde, flanşlar birbirine cıvatalanır, ancak bağlantıdaki kesintileri önlemek için uçlar düzgün bir şekilde bitirilmelidir. Bileşenleri bazı ayarlamalarla doğru şekilde hizalamak açıkça daha kolaydır, bu nedenle daha küçük dalga kılavuzları bazen bir halka somunuyla birlikte vidalanabilen dişli flanşlarla donatılır. Frekans arttıkça, dalga kılavuzu kuplajının boyutu doğal olarak azalır ve kuplaj kesintisi, sinyal dalga boyu ve dalga kılavuzu boyutuyla orantılı olarak daha büyük hale gelir. Bu nedenle, daha yüksek frekanslardaki kesintiler daha sorunlu hale gelir.
Şekil 6 (a)Boğma bağlantısının kesiti; (b)Boğma flanşının uç görünümü
Bu sorunu çözmek için, Şekil 6'da gösterildiği gibi, dalga kılavuzları arasında küçük bir boşluk bırakılabilir. Sıradan bir flanş ve birbirine bağlanmış bir şok flanşından oluşan bir şok kaplini. Olası kesintileri telafi etmek için, daha sıkı oturan bir bağlantı elde etmek için şok flanşında L şeklinde bir kesite sahip dairesel bir şok halkası kullanılır. Sıradan flanşların aksine, şok flanşları frekansa duyarlıdır, ancak optimize edilmiş bir tasarım, SWR'nin 1,05'i aşmadığı makul bir bant genişliğini (belki de merkez frekansın %10'u) sağlayabilir.
Gönderi zamanı: 15-Oca-2024
