Hogyan érhető el a hullámvezetők impedanciaillesztése? A mikrocsíkos antennaelmélet távvezeték-elméletéből tudjuk, hogy megfelelő soros vagy párhuzamos távvezetékek választhatók ki az adóvezetékek közötti, vagy az adóvezetékek és a terhelések közötti impedanciaillesztés eléréséhez, maximális teljesítményátvitel és minimális visszaverődési veszteség elérése érdekében. A mikrocsíkos vonalak impedanciaillesztésének ugyanaz az elve vonatkozik a hullámvezetők impedanciaillesztésére is. A hullámvezető rendszerekben a visszaverődések impedancia-eltérést okozhatnak. Amikor impedanciaromlás következik be, a megoldás ugyanaz, mint az adóvezetékeknél, azaz a szükséges érték megváltoztatása. Az összevont impedanciát a hullámvezető előre kiszámított pontjaiban helyezik el az eltérés leküzdésére, ezáltal kiküszöbölve a visszaverődések hatásait. Míg a távvezetékek összevont impedanciákat vagy csonkokat használnak, a hullámvezetők különböző alakú fémblokkokat.
1. ábra: Hullámvezető íriszek és a velük egyenértékű áramkör, (a) Kapacitív; (b) Indukciós; (c) Rezonáns.
Az 1. ábra az impedanciaillesztés különböző típusait mutatja, amelyek a bemutatott formák bármelyikét ölthetik, és lehetnek kapacitívak, induktívak vagy rezonánsak. A matematikai elemzés összetett, de a fizikai magyarázat nem az. Az ábrán látható első kapacitív fémcsíkot tekintve látható, hogy a hullámvezető felső és alsó fala között (a domináns módban) fennálló potenciál most a két közelebb lévő fémfelület között is létezik, így a kapacitás a pontban növekszik. Ezzel szemben az 1b. ábrán látható fémblokk lehetővé teszi az áram áramlását ott, ahol korábban nem folyt. A fémblokk hozzáadása miatt áram folyik a korábban megerősített elektromos tér síkjában. Ezért energiatárolás történik a mágneses térben, és a hullámvezető ezen a pontján az induktivitás megnő. Ezenkívül, ha a c. ábrán látható fémgyűrű alakját és helyzetét ésszerűen tervezzük meg, a bevezetett induktív és kapacitív reaktancia egyenlő lesz, és az apertúra párhuzamos rezonanciát mutat. Ez azt jelenti, hogy a fő mód impedanciaillesztése és hangolása nagyon jó, és ennek a módnak a söntölőhatása elhanyagolható. Más módusok vagy frekvenciák azonban csillapodnak, így a rezonáns fémgyűrű sáváteresztő szűrőként és módusszűrőként is működik.
2. ábra: (a) hullámvezető oszlopok; (b) kétcsavaros illesztő
A fentiekben egy másik hangolási módot mutatunk be, ahol egy hengeres fémoszlop nyúlik ki az egyik széles oldalról a hullámvezetőbe, és ugyanolyan hatással van, mint egy fémcsík, mivel ezen a ponton csoportos reaktanciát biztosít. A fémoszlop lehet kapacitív vagy induktív, attól függően, hogy mennyire nyúlik be a hullámvezetőbe. Lényegében ez az illesztési módszer az, hogy amikor egy ilyen fémoszlop kissé benyúlik a hullámvezetőbe, akkor kapacitív szuszceptanciát hoz létre ezen a ponton, és a kapacitív szuszceptancia addig növekszik, amíg a behatolás körülbelül a hullámhossz negyede nem lesz. Ezen a ponton soros rezonancia lép fel. A fémoszlop további behatolása induktív szuszceptanciát eredményez, amely a behelyezés teljessé válásával csökken. A középponti beépítésnél a rezonanciaintenzitás fordítottan arányos az oszlop átmérőjével, és szűrőként használható, azonban ebben az esetben sávszűrőként használják a magasabb rendű módusok átvitelére. A fémcsíkok impedanciájának növelésével összehasonlítva a fémoszlopok használatának egyik fő előnye, hogy könnyen állíthatók. Például két csavar használható hangolóeszközként a hatékony hullámvezető illesztés eléréséhez.
Ohmos terhelések és csillapítók:
Mint minden más átviteli rendszerhez, a hullámvezetőknek is néha tökéletes impedanciaillesztésre és hangolt terhelésekre van szükségük ahhoz, hogy a bejövő hullámokat visszaverődés nélkül elnyeljék, és frekvenciaérzéketlenek legyenek. Az ilyen terminálok egyik alkalmazása a rendszeren végzett különféle teljesítménymérések anélkül, hogy ténylegesen bármilyen teljesítményt sugároznának ki.
3. ábra Hullámvezető ellenállás terhelése (a) egyszeres kúposság (b) kétszeres kúposság
A leggyakoribb ellenállásos lezárás egy veszteséges dielektromos szakasz, amelyet a hullámvezető végére szerelnek fel, és kúposra vágnak (a hegyével a bejövő hullám felé mutatva), hogy ne okozzanak visszaverődéseket. Ez a veszteséges közeg elfoglalhatja a hullámvezető teljes szélességét, vagy csak a hullámvezető végének közepét, ahogy a 3. ábra mutatja. A kúposság lehet egyszeres vagy kétszeres kúpos, és jellemzően λp/2 hosszúságú, teljes hossza körülbelül két hullámhossz. Általában dielektromos lemezekből, például üvegből készül, kívülről szénfilmmel vagy vízüveggel bevonva. Nagy teljesítményű alkalmazásokhoz az ilyen csatlakozókhoz hűtőbordákat lehet hozzáadni a hullámvezető külsejéhez, és a csatlakozóhoz juttatott teljesítmény a hűtőbordán vagy kényszerlevegős hűtésen keresztül disszipálható.
4. ábra Mozgatható lapátos csillapító
A dielektromos csillapítók kivehetőek lehetnek, ahogy a 4. ábra mutatja. A hullámvezető közepére helyezve oldalirányban mozgathatók a hullámvezető közepétől, ahol a legnagyobb csillapítást biztosítják, a szélek felé, ahol a csillapítás jelentősen csökken, mivel a domináns módus elektromos térerőssége sokkal alacsonyabb.
Csillapítás a hullámvezetőben:
A hullámvezetők energiacsillapítása főként a következő szempontokat foglalja magában:
1. Belső hullámvezető folytonossághiányokról vagy rosszul beállított hullámvezető szakaszokról származó visszaverődések
2. A hullámvezető falaiban folyó áram okozta veszteségek
3. Töltött hullámvezetők dielektromos veszteségei
Az utolsó kettő hasonló a koaxiális vezetékek megfelelő veszteségeihez, és mindkettő viszonylag kicsi. Ez a veszteség a fal anyagától és érdességétől, a használt dielektrikumtól és a frekvenciától (a bőrhatás miatt) függ. Sárgaréz védőcső esetében a tartomány 4 dB/100 m-től 5 GHz-en 12 dB/100 m-ig terjed 10 GHz-en, de alumínium védőcső esetében a tartomány alacsonyabb. Ezüstbevonatú hullámvezetők esetén a veszteség jellemzően 8 dB/100 m 35 GHz-en, 30 dB/100 m 70 GHz-en, és közel 500 dB/100 m 200 GHz-en. A veszteségek csökkentése érdekében, különösen a legmagasabb frekvenciákon, a hullámvezetőket néha (belsőleg) arannyal vagy platinával vonják be.
Amint azt már említettük, a hullámvezető felüláteresztő szűrőként működik. Bár maga a hullámvezető gyakorlatilag veszteségmentes, a határfrekvenciánál alacsonyabb frekvenciák jelentősen csillapodnak. Ez a csillapítás inkább a hullámvezető szájánál való visszaverődésnek, mint a terjedésnek köszönhető.
Hullámvezető csatolás:
A hullámvezető-csatolás általában karimákon keresztül történik, amikor a hullámvezető darabjait vagy alkatrészeit egymáshoz illesztik. Ennek a karimának a funkciója a sima mechanikai csatlakozás és a megfelelő elektromos tulajdonságok, különösen az alacsony külső sugárzás és az alacsony belső visszaverődés biztosítása.
Karima:
A hullámvezető karimákat széles körben használják mikrohullámú kommunikációban, radarrendszerekben, műholdas kommunikációban, antennarendszerekben és laboratóriumi berendezésekben a tudományos kutatásban. Különböző hullámvezető szakaszok összekapcsolására, a szivárgás és az interferencia megakadályozására, valamint a hullámvezető pontos beállításának fenntartására szolgálnak a frekvenciájú elektromágneses hullámok nagy megbízhatóságú átvitelének és pontos pozicionálásának biztosítása érdekében. Egy tipikus hullámvezető mindkét végén karimával rendelkezik, ahogy az az 5. ábrán látható.
5. ábra (a) sima karima; (b) karimás csatlakozó.
Alacsonyabb frekvenciákon a peremet forrasztják vagy hegesztik a hullámvezetőhöz, míg magasabb frekvenciákon laposabb tompa peremet használnak. Két alkatrész összekapcsolásakor a peremeket csavarozzák össze, de a végeket simára kell kidolgozni, hogy elkerüljék a csatlakozás folytonossági hiányosságait. Nyilvánvalóan könnyebb az alkatrészeket megfelelő beállítással elvégezni némi beállítással, ezért a kisebb hullámvezetőket néha menetes peremekkel látják el, amelyeket egy gyűrűs anyával lehet összecsavarozni. A frekvencia növekedésével a hullámvezető csatolásának mérete természetesen csökken, és a csatolási folytonossági hiányosság a jel hullámhosszával és a hullámvezető méretével arányosan nagyobb lesz. Ezért a magasabb frekvenciákon a folytonossági hiányosságok problémásabbá válnak.
6. ábra (a) Fojtószelep-csatlakozó keresztmetszete; (b) Fojtószelep-karima végnézete
A probléma megoldására egy kis rést lehet hagyni a hullámvezetők között, ahogy a 6. ábrán látható. Egy fojtótekercs-csatlakozó, amely egy hagyományos karimából és egy egymással összekötött fojtótekercs-karimából áll. Az esetleges folytonossághiányok kompenzálására egy L alakú keresztmetszetű kör alakú fojtógyűrűt használnak a fojtótekercs-karimában a szorosabb illeszkedés érdekében. A hagyományos karimákkal ellentétben a fojtótekercs-karimák frekvenciaérzékenyek, de egy optimalizált kialakítás biztosíthat egy ésszerű sávszélességet (a középfrekvencia talán 10%-át), amelyen az SWR nem haladja meg az 1,05-öt.
Közzététel ideje: 2024. január 15.
