Kako postići usklađivanje impedancije valovoda?Iz teorije dalekovoda u teoriji mikrotrakastih antena, znamo da se mogu odabrati odgovarajući serijski ili paralelni prijenosni vodovi kako bi se postiglo usklađivanje impedancije između dalekovoda ili između dalekovoda i opterećenja kako bi se postigao maksimalni prijenos snage i minimalni gubitak refleksije.Isti princip usklađivanja impedanse u mikrotrakastim linijama primjenjuje se i na usklađivanje impedanse u valovodima.Refleksije u talasovodnim sistemima mogu dovesti do neusklađenosti impedancije.Kada dođe do pogoršanja impedanse, rješenje je isto kao i za dalekovode, odnosno mijenjanje tražene vrijednosti. Paušalna impedansa se postavlja na unaprijed izračunate tačke u valovodu kako bi se prevazišao neusklađenost, čime se eliminišu efekti refleksije.Dok dalekovodi koriste nagomilane impedanse ili stubove, talasovodi koriste metalne blokove različitih oblika.
Slika 1: Talasne šarenice i ekvivalentno kolo, (a) Kapacitivno; (b) induktivno; (c) rezonantno.
Slika 1 prikazuje različite vrste usklađivanja impedanse, uzimajući bilo koji od prikazanih oblika i može biti kapacitivna, induktivna ili rezonantna.Matematička analiza je složena, ali fizičko objašnjenje nije.Uzimajući u obzir prvu kapacitivnu metalnu traku na slici, može se vidjeti da potencijal koji je postojao između gornjeg i donjeg zida valovoda (u dominantnom modu) sada postoji između dvije metalne površine u bližoj blizini, tako da je kapacitivnost tačka se povećava.Nasuprot tome, metalni blok na slici 1b dozvoljava struji da teče tamo gdje prije nije tekla.Doći će do strujnog toka u prethodno poboljšanoj ravni električnog polja zbog dodavanja metalnog bloka.Zbog toga dolazi do skladištenja energije u magnetnom polju i induktivnost u toj tački talasovoda se povećava.Osim toga, ako su oblik i položaj metalnog prstena na slici c razumno dizajnirani, uvedena induktivna reaktanca i kapacitivna reaktanca će biti jednake, a otvor će biti paralelna rezonancija.To znači da je usklađivanje impedanse i podešavanje glavnog moda vrlo dobro, a efekt ranžiranja ovog moda će biti zanemarljiv.Međutim, drugi modovi ili frekvencije će biti prigušeni, tako da rezonantni metalni prsten djeluje i kao propusni filter i kao filter za mod.
slika 2: (a) stubovi za talasovode; (b) uparivač sa dva vijka
Drugi način podešavanja je prikazan gore, gdje se cilindrični metalni stup proteže s jedne od širokih strana u valovod, koji ima isti učinak kao metalna traka u smislu obezbjeđivanja paušalne reaktanse u toj tački.Metalni stub može biti kapacitivan ili induktivan, ovisno o tome koliko se proteže u valovod.U suštini, ova metoda uparivanja je da kada se takav metalni stub lagano proteže u talasovod, on daje kapacitivnu susceptansu u toj tački, a kapacitivna susceptansa se povećava sve dok penetracija ne bude oko četvrtine valne dužine. U ovom trenutku dolazi do serijske rezonance .Dalje prodiranje metalnog stupa rezultira induktivnom susceptansom koja se smanjuje kako umetanje postaje potpunije.Intenzitet rezonancije na srednjoj instalaciji obrnuto je proporcionalan prečniku stuba i može se koristiti kao filter, međutim, u ovom slučaju se koristi kao filter za zaustavljanje opsega za prenos modova višeg reda.U poređenju sa povećanjem impedanse metalnih traka, glavna prednost upotrebe metalnih stubova je ta što se lako podešavaju.Na primjer, dva zavrtnja se mogu koristiti kao uređaji za podešavanje kako bi se postiglo efikasno usklađivanje talasovoda.
Otporna opterećenja i prigušivači:
Kao i svaki drugi sistem prenosa, talasovodi ponekad zahtevaju savršeno usklađivanje impedanse i podešena opterećenja da u potpunosti apsorbuju dolazne talase bez refleksije i da budu neosetljivi na frekvenciju.Jedna od aplikacija za takve terminale je vršenje različitih mjerenja snage na sistemu bez stvarnog zračenja ikakve snage.
slika 3 otpor talasovoda opterećenje(a)jednostruki konus(b)dvostruki konus
Najčešći otporni završetak je dio dielektrika sa gubicima instaliran na kraju valovoda i sužen (sa vrhom usmjerenim prema dolaznom valu) kako ne bi uzrokovao refleksiju.Ovaj medij sa gubicima može zauzeti cijelu širinu valovoda, ili može zauzimati samo centar kraja valovoda, kao što je prikazano na slici 3. Konus može biti jednostruki ili dvostruki konus i obično ima dužinu od λp/2, sa ukupnom dužinom od približno dvije talasne dužine.Obično se izrađuju od dielektričnih ploča kao što je staklo, obložene karbonskim filmom ili vodenim staklom izvana.Za aplikacije velike snage, takvi terminali mogu imati hladnjake dodane na vanjsku stranu valovoda, a snaga koja se isporučuje terminalu može se raspršiti kroz hladnjak ili kroz prisilno hlađenje zraka.
slika 4 Prigušivač sa pokretnim lopaticama
Dielektrični prigušivači se mogu napraviti uklonjivim kao što je prikazano na slici 4. Postavljeni u sredinu valovoda, mogu se pomicati bočno od centra valovoda, gdje će osigurati najveće slabljenje, do rubova, gdje je slabljenje jako smanjeno. budući da je jačina električnog polja dominantnog moda mnogo manja.
Slabljenje u talasovodu:
Slabljenje energije talasovoda uglavnom uključuje sljedeće aspekte:
1. Refleksije od internih diskontinuiteta talasovoda ili neusklađenih sekcija talasovoda
2. Gubici uzrokovani strujom koja teče u zidovima valovoda
3. Dielektrični gubici u ispunjenim talasovodima
Posljednja dva su slična odgovarajućim gubicima u koaksijalnim linijama i oba su relativno mala.Ovaj gubitak ovisi o materijalu zida i njegovoj hrapavosti, korištenom dielektriku i frekvenciji (zbog skin efekta).Za mjedene cijevi, raspon je od 4 dB/100m na 5 GHz do 12 dB/100m na 10 GHz, ali za aluminijske cijevi, raspon je manji.Za srebrno obložene talasovode, gubici su tipično 8dB/100m na 35 GHz, 30dB/100m na 70 GHz i blizu 500 dB/100m na 200 GHz.Da bi se smanjili gubici, posebno na najvišim frekvencijama, talasovodi su ponekad obloženi (iznutra) zlatom ili platinom.
Kao što je već istaknuto, talasovod djeluje kao visokopropusni filter.Iako je sam talasovod praktički bez gubitaka, frekvencije ispod granične frekvencije su jako oslabljene.Ovo slabljenje je zbog refleksije na ušću talasovoda, a ne zbog širenja.
Sprega talasovoda:
Vezivanje talasovoda se obično dešava preko prirubnica kada su delovi ili komponente talasovoda spojeni zajedno.Funkcija ove prirubnice je osigurati glatku mehaničku vezu i odgovarajuća električna svojstva, posebno nisko vanjsko zračenje i nisku unutrašnju refleksiju.
prirubnica:
Prirubnice talasovoda se široko koriste u mikrotalasnim komunikacijama, radarskim sistemima, satelitskim komunikacijama, antenskim sistemima i laboratorijskoj opremi u naučnim istraživanjima.Koriste se za povezivanje različitih sekcija talasovoda, osiguravaju sprečavanje curenja i smetnji i održavaju precizno poravnanje talasovoda kako bi se osigurala visoka pouzdanost prenosa i precizno pozicioniranje frekvencijskih elektromagnetnih talasa.Tipični talasovod ima prirubnicu na svakom kraju, kao što je prikazano na slici 5.
slika 5 (a) obična prirubnica; (b) prirubnička spojnica.
Na nižim frekvencijama prirubnica će biti zalemljena ili zavarena za talasovod, dok se na višim frekvencijama koristi ravnija čeona ravna prirubnica.Kada su dva dijela spojena, prirubnice se spajaju vijcima, ali krajevi moraju biti glatko završeni kako bi se izbjegli prekidi u spoju.Očigledno je lakše pravilno poravnati komponente uz neka podešavanja, tako da su manji valovodi ponekad opremljeni navojnim prirubnicama koje se mogu zašrafiti zajedno s prstenastom maticom.Kako frekvencija raste, veličina talasovoda se prirodno smanjuje, a diskontinuitet spajanja postaje veći proporcionalno talasnoj dužini signala i veličini talasovoda.Stoga diskontinuiteti na višim frekvencijama postaju problematičniji.
slika 6 (a) Poprečni presjek spojnice prigušnice; (b) pogled s kraja na prirubnicu prigušnice
Da bi se riješio ovaj problem, može se ostaviti mali razmak između valovoda, kao što je prikazano na slici 6. Spojnica prigušnice koja se sastoji od obične prirubnice i prirubnice prigušnice spojene zajedno.Za kompenzaciju mogućih diskontinuiteta, kružni prigušni prsten sa poprečnim presjekom u obliku slova L koristi se u prirubnici prigušnice kako bi se postigao čvršći spoj.Za razliku od običnih prirubnica, prirubnice prigušnice su osjetljive na frekvenciju, ali optimizirani dizajn može osigurati razumnu širinu pojasa (možda 10% središnje frekvencije) preko koje SWR ne prelazi 1,05.
Vrijeme objave: Jan-15-2024
