Jak dosáhnout impedančního přizpůsobení vlnovodů?Z teorie přenosového vedení v teorii mikropáskových antén víme, že lze zvolit vhodné sériové nebo paralelní přenosové vedení, aby se dosáhlo impedančního přizpůsobení mezi přenosovými vedeními nebo mezi přenosovými vedeními a zátěží, aby se dosáhlo maximálního přenosu výkonu a minimální ztráty odrazem.Stejný princip impedančního přizpůsobení v mikropáskových vedeních platí pro impedanční přizpůsobení ve vlnovodech.Odrazy ve vlnovodných systémech mohou vést k nesouladu impedance.Když dojde ke zhoršení impedance, řešení je stejné jako u přenosových vedení, to znamená změna požadované hodnoty. Soustředěná impedance se umístí do předem vypočítaných bodů vlnovodu, aby se překonal nesoulad, čímž se eliminují účinky odrazů.Zatímco přenosová vedení používají soustředěné impedance nebo pahýly, vlnovody používají kovové bloky různých tvarů.
obrázek 1:Duhovky vlnovodu a ekvivalentní obvod,(a)kapacitní;(b)indukční;(c)rezonanční.
Obrázek 1 ukazuje různé druhy impedančního přizpůsobení, které má jakoukoli z uvedených forem a může být kapacitní, indukční nebo rezonanční.Matematická analýza je složitá, ale fyzikální vysvětlení nikoli.Vzhledem k prvnímu kapacitnímu kovovému pásku na obrázku je vidět, že potenciál, který existoval mezi horní a spodní stěnou vlnovodu (v dominantním režimu), nyní existuje mezi dvěma kovovými povrchy v těsné blízkosti, takže kapacita je The bod se zvyšuje.Naproti tomu kovový blok na obrázku 1b umožňuje, aby proud procházel tam, kde dříve netekl.V dříve zesílené rovině elektrického pole bude proudit proud v důsledku přidání kovového bloku.Proto dochází k ukládání energie v magnetickém poli a indukčnost v tomto bodě vlnovodu se zvyšuje.Kromě toho, pokud jsou tvar a poloha kovového prstence na obrázku c navrženy rozumně, induktivní reaktance a kapacitní reaktance budou stejné a apertura bude paralelní rezonance.To znamená, že impedanční přizpůsobení a ladění hlavního režimu je velmi dobré a bočníkový efekt tohoto režimu bude zanedbatelný.Jiné režimy nebo frekvence však budou utlumeny, takže rezonanční kovový prstenec funguje jako pásmová propust i režimový filtr.
obrázek 2: (a) sloupky vlnovodu; (b) dvoušroubová spojka
Jiný způsob ladění je znázorněn výše, kde válcový kovový sloupek vyčnívá z jedné ze širokých stran do vlnovodu, přičemž má stejný účinek jako kovový pásek, pokud jde o poskytování soustředěné reaktance v tomto bodě.Kovový sloupek může být kapacitní nebo indukční v závislosti na tom, jak daleko zasahuje do vlnovodu.V zásadě tato metoda přizpůsobení spočívá v tom, že když takový kovový sloupek mírně zasahuje do vlnovodu, poskytuje v tomto bodě kapacitní susceptanci a kapacitní susceptance se zvyšuje, dokud není penetrace přibližně čtvrtiny vlnové délky. V tomto bodě dochází k sériové rezonanci. .Další pronikání kovového kolíku má za následek vytvoření indukční susceptance, která se snižuje, jak se vkládání stává úplnější.Intenzita rezonance ve středním bodu instalace je nepřímo úměrná průměru kolony a může být použita jako filtr, avšak v tomto případě je použita jako pásmová zádrž pro přenos režimů vyššího řádu.Ve srovnání se zvýšením impedance kovových pásků je hlavní výhodou použití kovových sloupků jejich snadné nastavení.Například dva šrouby lze použít jako ladicí zařízení k dosažení účinného přizpůsobení vlnovodu.
Odporové zátěže a atenuátory:
Jako každý jiný přenosový systém, vlnovody někdy vyžadují dokonalé přizpůsobení impedance a vyladěné zátěže, aby plně absorbovaly příchozí vlny bez odrazu a byly frekvenčně necitlivé.Jednou z aplikací pro takové terminály je provádět různá měření výkonu v systému, aniž by ve skutečnosti vyzařoval jakýkoli výkon.
obrázek 3 odporová zátěž vlnovodu(a)jednoduchý kužel(b)dvojitý kužel
Nejběžnějším odporovým zakončením je část ztrátového dielektrika instalovaná na konci vlnovodu a zúžená (se špičkou směřující k příchozí vlně), aby nezpůsobovala odrazy.Toto ztrátové médium může zabírat celou šířku vlnovodu, nebo může zabírat pouze střed konce vlnovodu, jak je znázorněno na obrázku 3. Kužel může být jednoduchý nebo dvojitý a typicky má délku λp/2, s celkovou délkou přibližně dvou vlnových délek.Obvykle jsou vyrobeny z dielektrických desek, jako je sklo, potažené uhlíkovým filmem nebo vodním sklem na vnější straně.Pro aplikace s vysokým výkonem mohou mít takové terminály chladiče přidané na vnější stranu vlnovodu a výkon dodávaný do terminálu může být rozptýlen přes chladič nebo nuceným chlazením vzduchem.
obrázek 4 Pohyblivý lamelový tlumič
Dielektrické atenuátory mohou být odnímatelné, jak je znázorněno na obrázku 4. Umístěny uprostřed vlnovodu, mohou být posunuty laterálně ze středu vlnovodu, kde zajistí největší útlum, k okrajům, kde je útlum značně snížen protože intenzita elektrického pole dominantního módu je mnohem nižší.
Útlum ve vlnovodu:
Energetický útlum vlnovodů zahrnuje především následující aspekty:
1. Odrazy od vnitřních diskontinuit vlnovodu nebo nesprávně zarovnaných sekcí vlnovodu
2. Ztráty způsobené proudem tekoucím ve stěnách vlnovodu
3. Dielektrické ztráty v plněných vlnovodech
Poslední dvě jsou podobné odpovídajícím ztrátám v koaxiálním vedení a obě jsou relativně malé.Tato ztráta závisí na materiálu stěny a její drsnosti, použitém dielektriku a frekvenci (v důsledku skinefektu).U mosazného vedení je rozsah od 4 dB/100 m při 5 GHz do 12 dB/100 m při 10 GHz, ale u hliníkového vedení je rozsah nižší.U vlnovodů se stříbrným povlakem jsou ztráty typicky 8 dB/100 m při 35 GHz, 30 dB/100 m při 70 GHz a téměř 500 dB/100 m při 200 GHz.Pro snížení ztrát, zejména na nejvyšších frekvencích, jsou vlnovody někdy pokovovány (interně) zlatem nebo platinou.
Jak již bylo zmíněno, vlnovod funguje jako horní propust.Přestože je vlnovod sám o sobě prakticky bezeztrátový, frekvence pod mezní frekvencí jsou silně utlumeny.Tento útlum je způsoben spíše odrazem v ústí vlnovodu než šířením.
Vlnovodná spojka:
Ke spojení vlnovodu obvykle dochází přes příruby, když jsou kusy vlnovodu nebo součásti spojeny dohromady.Funkcí této příruby je zajistit hladké mechanické spojení a vhodné elektrické vlastnosti, zejména nízké vnější vyzařování a nízký vnitřní odraz.
Příruba:
Vlnovodné příruby jsou široce používány v mikrovlnné komunikaci, radarových systémech, satelitní komunikaci, anténních systémech a laboratorních zařízeních ve vědeckém výzkumu.Používají se ke spojení různých sekcí vlnovodu, zajišťují zabránění úniku a rušení a zajišťují přesné vyrovnání vlnovodu, aby byl zajištěn vysoký Spolehlivý přenos a přesné umístění frekvenčních elektromagnetických vln.Typický vlnovod má na každém konci přírubu, jak je znázorněno na obrázku 5.
obrázek 5 (a)hladká příruba;(b)přírubová spojka.
Při nižších frekvencích bude příruba pájena nebo přivařena k vlnovodu, zatímco při vyšších frekvencích se používá plošší tupá plochá příruba.Když jsou dvě části spojeny, příruby jsou k sobě sešroubovány, ale konce musí být dokončeny hladce, aby se zabránilo nespojitosti ve spojení.Je samozřejmě snazší správně sladit komponenty s některými úpravami, takže menší vlnovody jsou někdy vybaveny závitovými přírubami, které lze sešroubovat pomocí kroužkové matice.Jak se frekvence zvyšuje, velikost vazby vlnovodu se přirozeně zmenšuje a diskontinuita vazby se zvětšuje v poměru k vlnové délce signálu a velikosti vlnovodu.Proto se diskontinuity na vyšších frekvencích stávají obtížnějšími.
obrázek 6 (a)Příčný řez spojkou sytiče;(b) Pohled zezadu na přírubu sytiče
K vyřešení tohoto problému lze mezi vlnovody ponechat malou mezeru, jak je znázorněno na obrázku 6. Spojka tlumivky sestávající z běžné příruby a příruby tlumivky spojených dohromady.Pro kompenzaci případných nespojitostí je v přírubě sytiče použit kruhový škrticí kroužek s průřezem ve tvaru L, aby bylo dosaženo těsnějšího spoje lícování.Na rozdíl od běžných přírub jsou příruby tlumivky frekvenčně citlivé, ale optimalizovaná konstrukce může zajistit přiměřenou šířku pásma (možná 10 % střední frekvence), nad kterou SWR nepřekročí 1,05.
Čas odeslání: 15. ledna 2024
