Dalga kılavuzlarının empedans uyumu nasıl sağlanır?Mikroşerit anten teorisindeki iletim hattı teorisinden, maksimum güç iletimi ve minimum yansıma kaybına ulaşmak için iletim hatları arasında veya iletim hatları ve yükler arasında empedans uyumu sağlamak için uygun seri veya paralel iletim hatlarının seçilebileceğini biliyoruz.Mikroşerit hatlardaki empedans eşleşmesinin aynı prensibi, dalga kılavuzlarındaki empedans eşleşmesi için de geçerlidir.Dalga kılavuzu sistemlerindeki yansımalar empedans uyumsuzluklarına yol açabilir.Empedans bozulması meydana geldiğinde çözüm, iletim hatlarındakiyle aynıdır, yani gerekli değerin değiştirilmesidir. Uyumsuzluğun üstesinden gelmek için toplu empedans, dalga kılavuzunda önceden hesaplanmış noktalara yerleştirilir, böylece yansımaların etkileri ortadan kaldırılır.İletim hatları toplu empedanslar veya saplamalar 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 rezonant olabilen farklı türde empedans eşleşmesini göstermektedir.Matematiksel analiz karmaşıktır, ancak fiziksel açıklama değildir.Şekildeki ilk kapasitif metal şerit göz önüne alındığında, dalga kılavuzunun üst ve alt duvarları arasında (baskın modda) var olan potansiyelin artık daha yakın iki metal yüzey arasında mevcut olduğu görülebilir, dolayısıyla kapasitans puan artar.Bunun aksine, Şekil 1b'deki metal blok, akımın daha önce akmadığı yerden akmasına izin verir.Metal bloğun eklenmesi nedeniyle daha önce geliştirilmiş olan elektrik alan düzleminde akım akışı olacaktır.Dolayısıyla manyetik alanda enerji depolanması meydana gelir ve dalga kılavuzunun o noktasındaki endüktans artar.Ek olarak, Şekil c'deki metal halkanın şekli ve konumu makul şekilde tasarlanırsa, verilen endüktif reaktans ve kapasitif reaktans eşit olacak ve açıklık paralel rezonans olacaktır.Bu, ana modun empedans uyumu ve ayarının çok iyi olduğu ve bu modun manevra etkisinin ihmal edilebilir olduğu anlamına gelir.Bununla birlikte, diğer modlar veya frekanslar zayıflatılacaktır, bu nedenle rezonans metal halkası hem bant geçiren filtre hem de 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 sütunun dalga kılavuzuna doğru hafifçe uzandığında o noktada kapasitif bir susceptans sağlaması ve penetrasyon dalga boyunun dörtte biri kadar olana kadar kapasitif susceptance'ın artmasıdır. Bu noktada seri rezonans meydana gelir. .Metal direğin daha fazla nüfuz etmesi, yerleştirme tamamlandıkça azalan bir endüktif duyarlılığın sağlanmasıyla sonuçlanır.Orta nokta kurulumundaki rezonans yoğunluğu kolonun çapı ile ters orantılıdır ve filtre olarak kullanılabilir ancak bu durumda daha yüksek dereceli modları iletmek için bant durdurma filtresi olarak kullanılır.Metal şeritlerin empedansını arttırmayla karşılaştırıldığında metal direk kullanmanın en büyük avantajı, bunların ayarlanmasının kolay olmasıdır.Örneğin, verimli dalga kılavuzu eşleşmesi sağlamak için ayarlama cihazları olarak iki vida kullanılabilir.
Dirençli yükler ve zayıflatıcılar:
Diğer herhangi bir iletim sistemi gibi, dalga kılavuzları da bazen gelen dalgaları yansıma olmadan tamamen absorbe etmek ve frekansa duyarsız olmak için mükemmel empedans uyumu ve ayarlanmış yüklere ihtiyaç duyar.Bu tür terminallerin bir uygulaması, gerçekte herhangi bir güç yaymadan sistem üzerinde çeşitli güç ölçümleri yapmaktır.
şekil 3 dalga kılavuzu direnç yükü(a)tek konik(b)çift konik
En yaygın dirençli sonlandırma, yansımalara neden olmayacak şekilde dalga kılavuzunun ucuna yerleştirilen ve (ucu gelen dalgaya doğru bakacak şekilde) konik hale getirilen kayıplı bir dielektrik bölümüdür.Bu kayıplı ortam, dalga kılavuzunun tüm genişliğini kaplayabilir veya Şekil 3'te gösterildiği gibi yalnızca dalga kılavuzunun ucunun merkezini kaplayabilir. Koniklik, tek veya çift konik olabilir ve tipik olarak λp/2 uzunluğa sahiptir, toplam uzunluğu yaklaşık iki dalga boyuna sahiptir.Genellikle dış tarafı karbon film veya su camı ile kaplanmış cam gibi dielektrik plakalardan yapılır.Yüksek güçlü uygulamalar için, bu tür terminallerde dalga kılavuzunun dışına ısı emiciler eklenebilir ve terminale iletilen güç, ısı emici veya cebri hava soğutması aracılığıyla 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 zayıflamanın büyük ölçüde azaldığı kenarlara doğru yanal olarak hareket ettirilebilir. çünkü baskın modun elektrik alan kuvveti çok daha düşüktür.
Dalga kılavuzundaki zayıflama:
Dalga kılavuzlarının enerji zayıflaması temel olarak aşağıdaki hususları içerir:
1. Dahili dalga kılavuzu süreksizliklerinden veya yanlış hizalanmış dalga kılavuzu bölümlerinden gelen 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 dielektrik maddeye ve frekansa (deri etkisi nedeniyle) bağlıdır.Pirinç boru için aralık 5 GHz'de 4 dB/100 m ila 10 GHz'de 12 dB/100 m arasındadır, ancak alüminyum boru için aralık daha düşüktür.Gümüş kaplı dalga kılavuzları için kayıplar genellikle 35 GHz'de 8dB/100m, 70 GHz'de 30dB/100m ve 200 GHz'de 500 dB/100m'ye yakındır.Özellikle en yüksek frekanslarda kayıpları azaltmak için dalga kılavuzları bazen (dahili olarak) altın veya platin ile kaplanır.
Daha önce de belirtildiği gibi, dalga kılavuzu yüksek geçişli bir filtre görevi görür.Dalga kılavuzunun kendisi neredeyse kayıpsız olmasına rağmen, kesme frekansının altındaki frekanslar ciddi şekilde zayıflar.Bu zayıflama yayılmadan ziyade dalga kılavuzu ağzındaki yansımadan kaynaklanmaktadır.
Dalga kılavuzu bağlantısı:
Dalga kılavuzu bağlantısı genellikle, dalga kılavuzu parçaları veya bileşenleri birbirine birleştirildiğinde flanşlar aracılığıyla gerçekleşir.Bu flanşın işlevi, düzgün bir mekanik bağlantı ve özellikle düşük dış radyasyon ve düşük iç yansıma olmak üzere uygun elektriksel özellikleri sağlamaktır.
Flanş:
Dalga kılavuzu flanşları, mikrodalga iletişiminde, radar sistemlerinde, uydu iletişiminde, anten sistemlerinde ve bilimsel araştırmalarda laboratuvar ekipmanlarında yaygın olarak kullanılmaktadır.Farklı dalga kılavuzu bölümlerini bağlamak, sızıntı ve parazitin 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 kaplini.
Düşük frekanslarda flanş dalga kılavuzuna lehimlenecek veya kaynaklanacaktır, yüksek frekanslarda ise daha düz alın düz flanş kullanılacaktır.İki parça birleştirildiğinde flanşlar birbirine cıvatalanır ancak bağlantıdaki kesintileri önlemek için uçların düzgün bir şekilde bitirilmesi gerekir.Bazı ayarlamalarla bileşenleri doğru şekilde hizalamak elbette daha kolaydır, bu nedenle daha küçük dalga kılavuzları bazen bir halka somunla birbirine vidalanabilen dişli flanşlarla donatılır.Frekans arttıkça, dalga kılavuzu bağlantısının boyutu doğal olarak azalır ve bağlantı süreksizliği, sinyal dalga boyu ve dalga kılavuzu boyutuyla orantılı olarak büyür.Bu nedenle yüksek frekanslardaki süreksizlikler daha sıkıntılı hale gelir.
şekil 6 (a) Şok kaplininin kesiti; (b) Şok flanşının uç görünümü
Bu sorunu çözmek için, Şekil 6'da gösterildiği gibi dalga kılavuzları arasında küçük bir boşluk bırakılabilir. Sıradan bir flanş ve birbirine bağlanan bir şok flanşından oluşan bir şok kaplini.Olası süreksizlikleri telafi etmek için, daha sıkı bir bağlantı bağlantısı sağlamak üzere şok flanşında L şeklinde kesitli dairesel bir boğma halkası kullanılır.Sıradan flanşların aksine, bobin 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: Ocak-15-2024
