Hogyan lehet elérni a hullámvezetők impedanciaillesztését?A mikroszalagos antennaelmélet átviteli vonalelméletéből tudjuk, hogy megfelelő soros vagy párhuzamos átviteli vonalak választhatók ki az átviteli vonalak közötti vagy az átviteli vonalak és a terhelések közötti impedanciaillesztés eléréséhez a maximális teljesítményátvitel és a minimális visszaverődési veszteség elérése érdekében.Ugyanez az impedanciaillesztés elve a mikroszalagos vonalakban érvényes a hullámvezetők impedanciaillesztésére is.A hullámvezető rendszerekben lévő visszaverődések impedancia eltérésekhez vezethetnek.Impedanciaromlás esetén a megoldás ugyanaz, mint a távvezetékeknél, vagyis a szükséges érték megváltoztatása A hullámvezető előre kiszámított pontjain a csomózott impedanciát elhelyezzük, hogy kiküszöböljük az eltérést, ezzel kiküszöbölve a visszaverődések hatását.Míg az átviteli vonalak csomós impedanciákat vagy csonkokat használnak, a hullámvezetők különböző formájú fémtömböket használnak.
1. ábra: Hullámvezető íriszek és egyenértékű áramkör,(a)Kapacitív;(b)induktív;(c)rezonáns.
Az 1. ábra az impedanciaillesztés különböző fajtáit mutatja be, a bemutatott formák bármelyikét felveheti, és lehet kapacitív, induktív vagy rezonáns.A matematikai elemzés bonyolult, de a fizikai magyarázat nem az.Az ábrán látható első kapacitív fémcsíkot figyelembe véve látható, hogy a hullámvezető felső és alsó fala között fennálló potenciál (domináns módban) most a két közelebbi fémfelület között létezik, így a kapacitás a pont növekszik.Ezzel szemben az 1b. ábrán látható fémtömb lehetővé teszi az áram áramlását ott, ahol korábban nem.A fémblokk hozzáadása miatt a korábban megnövelt elektromos térsíkban áram folyik majd.Ezért a mágneses térben energiatárolás történik, és a hullámvezető azon pontján az induktivitás megnő.Ezen túlmenően, ha a c. ábrán látható fémgyűrű alakja és helyzete ésszerűen van megtervezve, akkor az induktív reaktancia és a kapacitív reaktancia egyenlő lesz, és a nyílás párhuzamos rezonancia lesz.Ez azt jelenti, hogy a fő mód impedancia illesztése és hangolása nagyon jó, és ennek a módnak a tolatási hatása elhanyagolható lesz.Más üzemmódok vagy frekvenciák azonban csillapításra kerülnek, így a rezonáns fémgyűrű sávszűrőként és üzemmódszűrőként is működik.
2. ábra:(a)hullámvezető oszlopok;(b)kétcsavaros illesztő
Egy másik hangolási módot mutatunk be fent, ahol egy hengeres fémoszlop nyúlik be az egyik széles oldalról a hullámvezetőbe, és ugyanolyan hatást fejt ki, mint a fémszalag, abban a pontban, hogy csomós reaktanciát biztosít.A fémoszlop lehet kapacitív vagy induktív, attól függően, hogy milyen messzire nyúlik be a hullámvezetőbe.Ez az illesztési módszer lényegében az, hogy amikor egy ilyen fémoszlop kissé belenyúlik a hullámvezetőbe, akkor ezen a ponton kapacitív szuszceptanciát biztosít, és a kapacitív szuszceptancia addig nő, amíg a penetráció körülbelül egy hullámhossz negyedét el nem éri. Ezen a ponton soros rezonancia lép fel. .A fémoszlop további behatolása induktív szuszceptanciát eredményez, amely a behelyezés teljesebbé válásával csökken.A rezonancia intenzitás a középponti beépítésnél fordítottan arányos az oszlop átmérőjével, és szűrőként is használható, azonban ebben az esetben sávleállító szűrőként használják magasabb rendű módok továbbítására.A fémszalagok impedanciájának növeléséhez képest a fémoszlopok használatának egyik fő előnye, hogy könnyen állíthatóak.Például két csavar használható hangolóeszközként a hatékony hullámvezető-illesztés eléréséhez.
Ellenállási terhelések és csillapítók:
Minden más átviteli rendszerhez hasonlóan a hullámvezetőknek is tökéletes impedanciaillesztésre és hangolt terhelésekre van szükségük ahhoz, hogy visszaverődés nélkül teljes mértékben elnyeljék a bejövő hullámokat, és frekvenciára érzéketlenek legyenek.Az ilyen terminálok egyik alkalmazása az, hogy különféle teljesítményméréseket végezzenek a rendszeren anélkül, hogy ténylegesen teljesítményt sugároznának.
3. ábra hullámvezető ellenállás terhelés(a)single taper(b)double taper
A legáltalánosabb rezisztív lezárás egy veszteséges dielektrikum egy szakasza, amelyet a hullámvezető végén helyeznek el, és elkeskenyednek (a csúcs a bejövő hullám felé mutat), hogy ne okozzon visszaverődést.Ez a veszteséges közeg elfoglalhatja a hullámvezető teljes szélességét, vagy elfoglalhatja csak a hullámvezető végének közepét, amint az a 3. ábrán látható. A kúpos lehet egyszeres vagy kettős kúpos, és jellemzően λp/2 hosszúságú, körülbelül két hullámhossz teljes hossza.Általában dielektromos lemezekből, például üvegből készül, kívülről szénfóliával vagy vízüveggel van bevonva.Nagy teljesítményű alkalmazások esetén az ilyen terminálokhoz hűtőbordákat lehet hozzáadni a hullámvezető külső oldalához, és a terminálhoz szállított teljesítmény a hűtőbordán vagy a kényszerített levegőhűtésen keresztül elvezethető.
4. ábra Mozgatható lapátcsillapító
A dielektromos csillapítók a 4. ábrán látható módon eltávolíthatóvá tehetők. A hullámvezető közepére helyezve oldalirányban mozgatható a hullámvezető középpontjától, ahol a legnagyobb csillapítást biztosítja, a szélek felé, ahol a csillapítás jelentősen csökken mivel a domináns mód elektromos térereje sokkal kisebb.
Csillapítás a hullámvezetőben:
A hullámvezetők energiacsillapítása főként a következő szempontokat foglalja magában:
1. A hullámvezető belső megszakadásaiból vagy rosszul beállított hullámvezető szakaszokból származó visszaverődések
2. A hullámvezető falaiban folyó áram okozta veszteségek
3. Dielektromos veszteségek töltött hullámvezetőkben
Az utolsó kettő hasonló a koaxiális vonalak megfelelő veszteségéhez, és mindkettő viszonylag kicsi.Ez a veszteség függ a fal anyagától és érdességétől, az alkalmazott dielektrikumtól és a frekvenciától (a bőrhatás miatt).A sárgaréz vezetékek esetében a tartomány 4 dB/100 m 5 GHz-en és 12 dB/100 m 10 GHz-en, de az alumínium vezetékeknél alacsonyabb a tartomány.Ezüst bevonatú hullámvezetők esetében a veszteség általában 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 (belül) arannyal vagy platinával vonják be.
Mint már rámutattunk, a hullámvezető felüláteresztő szűrőként működik.Bár maga a hullámvezető gyakorlatilag veszteségmentes, a határfrekvencia alatti frekvenciák erősen csillapodnak.Ez a csillapítás a hullámvezető szájánál való visszaverődésnek köszönhető, nem pedig a terjedésnek.
Hullámvezető csatolás:
A hullámvezető csatolás általában karimákon keresztül történik, amikor a hullámvezető darabokat vagy alkatrészeket összekapcsolják.Ennek a karimának az a feladata, hogy biztosítsa a sima mechanikai csatlakozást és a megfelelő elektromos tulajdonságokat, különösen az alacsony külső sugárzást és az alacsony belső visszaverődést.
Karima:
A hullámvezető karimákat széles körben használják mikrohullámú kommunikációban, radarrendszerekben, műholdas kommunikációban, antennarendszerekben és laboratóriumi berendezésekben a tudományos kutatásban.Különböző hullámvezető szakaszok összekapcsolására szolgálnak, biztosítják a szivárgás és interferencia megelőzését, valamint a hullámvezető pontos beállítását a nagy megbízhatóságú átvitel és a frekvenciájú elektromágneses hullámok pontos pozicionálása érdekében.Egy tipikus hullámvezető mindkét végén egy karima van, amint az 5. ábrán látható.
5. ábra a)sima karima;b)karimás tengelykapcsoló.
Alacsonyabb frekvenciákon a karimát keményforrasztják vagy a hullámvezetőre hegesztik, míg magasabb frekvenciákon laposabb tompalapos karimát használnak.Két rész összeillesztésekor a karimák össze vannak csavarozva, de a végeket simán kell befejezni, hogy elkerüljük a csatlakozás megszakadásait.Nyilvánvalóan egyszerűbb bizonyos beállításokkal helyesen beállítani az alkatrészeket, ezért a kisebb hullámvezetőket néha menetes karimákkal látják el, amelyeket gyűrűs anyával lehet összecsavarni.A frekvencia növekedésével a hullámvezető csatolás mérete természetesen csökken, és a csatolás szakadása a jel hullámhosszával és a hullámvezető méretével arányosan nő.Emiatt a magasabb frekvenciákon tapasztalható megszakadások problémásabbakká válnak.
6. ábra a) A szívató tengelykapcsoló keresztmetszete; b) a szívató karima oldalnézete
A probléma megoldására a hullámvezetők között egy kis hézag hagyható, amint az a 6. ábrán látható. Fojtócsavar, amely egy közönséges karimából és egy összekötött fojtókarimából áll.Az esetleges megszakadások kompenzálására a fojtókarimában egy kör alakú, L-alakú keresztmetszetű fojtógyűrűt alkalmaznak a szorosabb illeszkedés érdekében.A hagyományos karimákkal ellentétben a fojtókarimák frekvenciaérzékenyek, de az optimalizált kialakítás ésszerű sávszélességet biztosít (talán a középfrekvencia 10%-a), amelyen az SWR nem haladja meg az 1,05-öt.
Feladás időpontja: 2024. január 15
