Ako dosiahnuť impedančné prispôsobenie vlnovodov?Z teórie prenosových vedení v teórii mikropáskových antén vieme, že je možné zvoliť vhodné sériové alebo paralelné prenosové vedenia, aby sa dosiahlo impedančné prispôsobenie medzi prenosovými vedeniami alebo medzi prenosovými vedeniami a záťažami, aby sa dosiahol maximálny prenos výkonu a minimálna strata odrazom.Rovnaký princíp impedančného prispôsobenia v mikropásikových vedeniach platí pre impedančné prispôsobenie vo vlnovode.Odrazy vo vlnovodných systémoch môžu viesť k nesúladu impedancie.Keď dôjde k zhoršeniu impedancie, riešenie je rovnaké ako pre prenosové vedenia, to znamená zmena požadovanej hodnoty. Sústredená impedancia sa umiestni na vopred vypočítané body vo vlnovode, aby sa prekonal nesúlad, čím sa eliminujú účinky odrazov.Zatiaľ čo prenosové vedenia používajú sústredené impedancie alebo výčnelky, vlnovody používajú kovové bloky rôznych tvarov.
obrázok 1: Vlnovodové clony a ekvivalentný obvod, (a) kapacitné; (b) indukčné; (c) rezonančné.
Obrázok 1 zobrazuje rôzne druhy impedančného prispôsobenia, ktoré má akúkoľvek zo zobrazených foriem a môže byť kapacitné, indukčné alebo rezonančné.Matematická analýza je zložitá, ale fyzikálne vysvetlenie nie.Vzhľadom na prvý kapacitný kovový pásik na obrázku je možné vidieť, že potenciál, ktorý existoval medzi hornou a spodnou stenou vlnovodu (v dominantnom režime), teraz existuje medzi dvoma kovovými povrchmi v tesnejšej blízkosti, takže kapacita je bod sa zvyšuje.Naproti tomu kovový blok na obrázku 1b umožňuje prúdenie prúdu tam, kde predtým netečie.V predtým vylepšenej rovine elektrického poľa bude prúdiť prúd v dôsledku pridania kovového bloku.Preto dochádza k ukladaniu energie v magnetickom poli a indukčnosť v tomto bode vlnovodu sa zvyšuje.Okrem toho, ak sú tvar a poloha kovového prstenca na obrázku c navrhnuté primerane, zavedená indukčná reaktancia a kapacitná reaktancia budú rovnaké a otvor bude mať paralelnú rezonanciu.To znamená, že impedančné prispôsobenie a ladenie hlavného režimu je veľmi dobré a posunovací efekt tohto režimu bude zanedbateľný.Iné režimy alebo frekvencie však budú utlmené, takže rezonančný kovový krúžok funguje ako pásmový filter aj ako režimový filter.
obrázok 2: (a) stĺpiky vlnovodu; (b) dvojskrutkový párovač
Iný spôsob ladenia je znázornený vyššie, kde valcový kovový stĺpik vyčnieva z jednej zo širokých strán do vlnovodu, pričom má rovnaký účinok ako kovový pás, pokiaľ ide o poskytnutie sústredenej reaktancie v tomto bode.Kovový stĺpik môže byť kapacitný alebo indukčný, v závislosti od toho, ako ďaleko zasahuje do vlnovodu.V podstate táto metóda prispôsobenia spočíva v tom, že keď takýto kovový stĺp mierne zasahuje do vlnovodu, poskytuje v tomto bode kapacitnú susceptanciu a kapacitná susceptancia sa zvyšuje, až kým penetrácia nedosahuje približne štvrtinu vlnovej dĺžky. V tomto bode nastáva sériová rezonancia. .Ďalšie prenikanie kovového kolíka vedie k poskytnutiu indukčnej susceptancie, ktorá klesá, keď sa vkladanie stáva úplnejším.Intenzita rezonancie v strednom bode inštalácie je nepriamo úmerná priemeru kolóny a môže sa použiť ako filter, avšak v tomto prípade sa používa ako pásmová zádrž na prenos režimov vyššieho rádu.V porovnaní so zvyšovaním impedancie kovových pásikov je hlavnou výhodou použitia kovových stĺpikov to, že sa dajú ľahko nastaviť.Napríklad dve skrutky možno použiť ako ladiace zariadenia na dosiahnutie efektívneho prispôsobenia vlnovodu.
Odporové záťaže a tlmiče:
Ako každý iný prenosový systém, vlnovody niekedy vyžadujú dokonalé impedančné prispôsobenie a vyladené záťaže, aby úplne absorbovali prichádzajúce vlny bez odrazu a boli frekvenčne necitlivé.Jednou z aplikácií pre takéto terminály je vykonávať rôzne merania výkonu v systéme bez toho, aby skutočne vyžarovali energiu.
obrázok 3 odporové zaťaženie vlnovodu(a)jednoduchý kužeľ(b)dvojitý kužeľ
Najbežnejším odporovým zakončením je časť stratového dielektrika inštalovaná na konci vlnovodu a zúžená (s hrotom smerujúcim k prichádzajúcej vlne), aby nespôsobovala odrazy.Toto stratové médium môže zaberať celú šírku vlnovodu alebo môže zaberať iba stred konca vlnovodu, ako je znázornené na obrázku 3. Kužeľ môže byť jednoduchý alebo dvojitý a zvyčajne má dĺžku λp/2, s celkovou dĺžkou približne dvoch vlnových dĺžok.Zvyčajne vyrobené z dielektrických dosiek, ako je sklo, potiahnuté uhlíkovým filmom alebo vodným sklom na vonkajšej strane.Pre aplikácie s vysokým výkonom môžu mať takéto terminály chladiče pridané na vonkajšiu stranu vlnovodu a energia dodávaná do terminálu môže byť rozptýlená cez chladič alebo cez nútené chladenie vzduchom.
obrázok 4 Pohyblivý lamelový tlmič
Dielektrické tlmiče môžu byť odnímateľné, ako je znázornené na obrázku 4. Umiestnené v strede vlnovodu, môžu byť posunuté laterálne zo stredu vlnovodu, kde bude poskytovať najväčší útlm, k okrajom, kde je útlm značne znížený pretože intenzita elektrického poľa dominantného módu je oveľa nižšia.
Útlm vo vlnovode:
Energetický útlm vlnovodov zahŕňa najmä tieto aspekty:
1. Odrazy od vnútorných diskontinuít vlnovodu alebo nesprávne zarovnaných sekcií vlnovodu
2. Straty spôsobené prúdom tečúcim v stenách vlnovodu
3. Dielektrické straty v naplnených vlnovodoch
Posledné dve sú podobné zodpovedajúcim stratám v koaxiálnych vedeniach a obe sú relatívne malé.Táto strata závisí od materiálu steny a jej drsnosti, použitého dielektrika a frekvencie (v dôsledku kožného efektu).Pre mosadzné vedenie je rozsah od 4 dB/100 m pri 5 GHz do 12 dB/100 m pri 10 GHz, ale pre hliníkové vedenie je rozsah nižší.V prípade vlnovodov so strieborným povlakom sú straty zvyčajne 8 dB/100 m pri 35 GHz, 30 dB/100 m pri 70 GHz a takmer 500 dB/100 m pri 200 GHz.Na zníženie strát, najmä pri najvyšších frekvenciách, sú vlnovody niekedy pokovované (vnútorne) zlatom alebo platinou.
Ako už bolo uvedené, vlnovod pôsobí ako hornopriepustný filter.Aj keď je samotný vlnovod prakticky bezstratový, frekvencie pod medznou frekvenciou sú výrazne utlmené.Tento útlm je spôsobený skôr odrazom v ústí vlnovodu než šírením.
Spojka vlnovodu:
Spojenie vlnovodu sa zvyčajne vyskytuje cez príruby, keď sú kusy vlnovodu alebo komponenty navzájom spojené.Funkciou tejto príruby je zabezpečiť hladké mechanické spojenie a vhodné elektrické vlastnosti, najmä nízke vonkajšie vyžarovanie a nízky vnútorný odraz.
Príruba:
Vlnovodové príruby sú široko používané v mikrovlnnej komunikácii, radarových systémoch, satelitných komunikáciách, anténnych systémoch a laboratórnych zariadeniach vo vedeckom výskume.Používajú sa na pripojenie rôznych sekcií vlnovodu, zaisťujú zabránenie úniku a rušeniu a udržiavajú presné zarovnanie vlnovodu, aby sa zabezpečil vysoký Spoľahlivý prenos a presné umiestnenie frekvenčných elektromagnetických vĺn.Typický vlnovod má na každom konci prírubu, ako je znázornené na obrázku 5.
obrázok 5 (a) hladká príruba; (b) prírubová spojka.
Pri nižších frekvenciách bude príruba spájkovaná alebo privarená k vlnovodu, zatiaľ čo pri vyšších frekvenciách sa používa plochá tupá plochá príruba.Keď sú dve časti spojené, príruby sú zoskrutkované, ale konce musia byť dokončené hladko, aby sa predišlo nespojitostiam v spojení.Je zrejmé, že je jednoduchšie správne zarovnať komponenty s určitými úpravami, takže menšie vlnovody sú niekedy vybavené závitovými prírubami, ktoré je možné zoskrutkovať pomocou kruhovej matice.So zvyšujúcou sa frekvenciou sa veľkosť vlnovodu prirodzene zmenšuje a spojovacia diskontinuita sa zväčšuje úmerne k vlnovej dĺžke signálu a veľkosti vlnovodu.Preto sa diskontinuity pri vyšších frekvenciách stávajú problematickejšími.
obrázok 6 (a)Priečny rez spojkou sýtiča;b) Pohľad zozadu na prírubu sýtiča
Na vyriešenie tohto problému môže byť medzi vlnovodom ponechaná malá medzera, ako je znázornené na obrázku 6. Spojka tlmivky pozostávajúca z bežnej príruby a príruby tlmivky, ktoré sú navzájom spojené.Na kompenzáciu prípadných nespojitostí je v prírube sýtiča použitý kruhový tlmivkový krúžok s prierezom v tvare L, aby sa dosiahlo tesnejšie lícovanie.Na rozdiel od bežných prírub sú príruby tlmivky frekvenčne citlivé, ale optimalizovaný dizajn môže zabezpečiť primeranú šírku pásma (možno 10% stredovej frekvencie), pri ktorej SWR nepresahuje 1,05.
Čas odoslania: 15. januára 2024
