Paano makamit ang impedance matching ng mga waveguide? Mula sa teorya ng transmission line sa microstrip antenna theory, alam natin na maaaring pumili ng naaangkop na series o parallel transmission lines upang makamit ang impedance matching sa pagitan ng mga transmission lines o sa pagitan ng mga transmission lines at load upang makamit ang maximum power transmission at minimum reflection loss. Ang parehong prinsipyo ng impedance matching sa mga microstrip lines ay naaangkop sa impedance matching sa mga waveguide. Ang mga repleksyon sa mga waveguide system ay maaaring humantong sa mga impedance mismatch. Kapag nangyari ang pagkasira ng impedance, ang solusyon ay kapareho ng sa mga transmission lines, ibig sabihin, binabago ang kinakailangang halaga. Ang lumped impedance ay inilalagay sa mga pre-calculated point sa waveguide upang malampasan ang mismatch, sa gayon ay inaalis ang mga epekto ng mga repleksyon. Habang ang mga transmission lines ay gumagamit ng lumped impedances o stubs, ang mga waveguide ay gumagamit ng mga metal block na may iba't ibang hugis.
Pigura 1: Mga iris ng Waveguide at katumbas na sirkito, (a) Capacitive; (b) inductive; (c) resonant.
Ipinapakita ng Figure 1 ang iba't ibang uri ng impedance matching, na kinukuha ang alinman sa mga anyong ipinapakita at maaaring capacitive, inductive o resonant. Komplikado ang mathematical analysis, ngunit hindi ang pisikal na paliwanag. Kung isasaalang-alang ang unang capacitive metal strip sa figure, makikita na ang potensyal na umiral sa pagitan ng itaas at ibabang dingding ng waveguide (sa dominant mode) ay umiiral na ngayon sa pagitan ng dalawang metal na ibabaw nang mas malapit, kaya ang capacitance ay . Tumataas ang punto. Sa kabaligtaran, ang metal block sa Figure 1b ay nagpapahintulot sa daloy ng kuryente kung saan hindi ito dati dumaloy. Magkakaroon ng daloy ng kuryente sa dating pinahusay na electric field plane dahil sa pagdaragdag ng metal block. Samakatuwid, ang pag-iimbak ng enerhiya ay nangyayari sa magnetic field at ang inductance sa puntong iyon ng waveguide ay tumataas. Bilang karagdagan, kung ang hugis at posisyon ng metal ring sa Figure c ay dinisenyo nang makatwiran, ang inductive reactance at capacitive reactance na ipinakilala ay magiging pantay, at ang aperture ay magiging parallel resonance. Nangangahulugan ito na ang impedance matching at tuning ng main mode ay napakabuti, at ang shunting effect ng mode na ito ay magiging bale-wala. Gayunpaman, ang ibang mga mode o frequency ay hihina, kaya ang resonant metal ring ay gumaganap bilang parehong bandpass filter at mode filter.
pigura 2:(a) mga poste ng waveguide;(b) matcher na may dalawang turnilyo
Ang isa pang paraan ng pag-tune ay ipinapakita sa itaas, kung saan ang isang cylindrical metal post ay umaabot mula sa isa sa malapad na gilid patungo sa waveguide, na may parehong epekto tulad ng isang metal strip sa mga tuntunin ng pagbibigay ng lumped reactance sa puntong iyon. Ang metal post ay maaaring capacitive o inductive, depende sa kung gaano kalayo ito umaabot sa waveguide. Sa esensya, ang paraan ng pagtutugma na ito ay kapag ang naturang metal pillar ay bahagyang umaabot sa waveguide, nagbibigay ito ng capacitive susceptance sa puntong iyon, at ang capacitive susceptance ay tumataas hanggang sa ang penetration ay humigit-kumulang isang-kapat ng isang wavelength. Sa puntong ito, nangyayari ang series resonance. Ang karagdagang penetration ng metal post ay nagreresulta sa isang inductive susceptance na ibinibigay na bumababa habang nagiging mas kumpleto ang insertion. Ang resonance intensity sa midpoint installation ay inversely proportional sa diameter ng column at maaaring gamitin bilang isang filter, gayunpaman, sa kasong ito ito ay ginagamit bilang isang band stop filter upang magpadala ng mas mataas na order mode. Kung ikukumpara sa pagtaas ng impedance ng mga metal strip, ang isang pangunahing bentahe ng paggamit ng mga metal post ay madali itong i-adjust. Halimbawa, ang dalawang turnilyo ay maaaring gamitin bilang mga tuning device upang makamit ang mahusay na waveguide matching.
Mga resistive load at attenuator:
Tulad ng ibang sistema ng transmisyon, ang mga waveguide ay minsan nangangailangan ng perpektong pagtutugma ng impedance at mga naka-tune na load upang lubos na masipsip ang mga papasok na alon nang walang repleksyon at maging hindi sensitibo sa dalas. Ang isang aplikasyon para sa mga naturang terminal ay ang paggawa ng iba't ibang pagsukat ng kuryente sa sistema nang hindi aktwal na naglalabas ng anumang kuryente.
Pigura 3: Karga ng resistensya ng waveguide (a) single taper (b) double taper
Ang pinakakaraniwang resistive termination ay isang seksyon ng lossy dielectric na naka-install sa dulo ng waveguide at tapered (na ang dulo ay nakaturo patungo sa papasok na alon) upang hindi magdulot ng mga repleksyon. Ang lossy medium na ito ay maaaring sumakop sa buong lapad ng waveguide, o maaari lamang nitong sakupin ang gitna ng dulo ng waveguide, tulad ng ipinapakita sa Figure 3. Ang taper ay maaaring single o double taper at karaniwang may haba na λp/2, na may kabuuang haba na humigit-kumulang dalawang wavelength. Karaniwang gawa sa mga dielectric plate tulad ng salamin, na pinahiran ng carbon film o water glass sa labas. Para sa mga high-power na aplikasyon, ang mga naturang terminal ay maaaring may mga heat sink na idinagdag sa labas ng waveguide, at ang kuryenteng inihahatid sa terminal ay maaaring ma-dissipate sa pamamagitan ng heat sink o sa pamamagitan ng forced air cooling.
Pigura 4: Naaalis na pampahina ng pala
Maaaring tanggalin ang mga dielectric attenuator gaya ng ipinapakita sa Figure 4. Kapag nakalagay sa gitna ng waveguide, maaari itong ilipat nang pahilig mula sa gitna ng waveguide, kung saan ito ang magbibigay ng pinakamalaking attenuation, patungo sa mga gilid, kung saan ang attenuation ay lubhang nababawasan dahil ang lakas ng electric field ng dominant mode ay mas mababa.
Pagpapahina sa waveguide:
Ang pagpapahina ng enerhiya ng mga waveguide ay pangunahing kinabibilangan ng mga sumusunod na aspeto:
1. Mga repleksyon mula sa mga panloob na diskontinuidad ng waveguide o mga hindi nakahanay na seksyon ng waveguide
2. Mga pagkalugi na dulot ng daloy ng kuryente sa mga dingding ng waveguide
3. Mga pagkalugi ng dielectric sa mga napunong waveguide
Ang huling dalawa ay katulad ng kaukulang mga pagkawala sa mga coaxial lines at parehong medyo maliit. Ang pagkawalang ito ay nakadepende sa materyal ng dingding at sa pagkamagaspang nito, sa dielectric na ginamit at sa frequency (dahil sa skin effect). Para sa brass conduit, ang saklaw ay mula 4 dB/100m sa 5 GHz hanggang 12 dB/100m sa 10 GHz, ngunit para sa aluminum conduit, ang saklaw ay mas mababa. Para sa mga silver-coated waveguide, ang mga pagkawala ay karaniwang 8dB/100m sa 35 GHz, 30dB/100m sa 70 GHz, at malapit sa 500 dB/100m sa 200 GHz. Upang mabawasan ang mga pagkawala, lalo na sa pinakamataas na frequency, ang mga waveguide ay minsan ay nilagyan (sa loob) ng ginto o platinum.
Gaya ng nabanggit na, ang waveguide ay gumaganap bilang isang high-pass filter. Bagama't ang waveguide mismo ay halos walang lossless, ang mga frequency na mas mababa sa cutoff frequency ay lubhang humihina. Ang attenuation na ito ay dahil sa reflection sa waveguide mouth sa halip na propagation.
Pagkabit ng Waveguide:
Karaniwang nangyayari ang waveguide coupling sa pamamagitan ng mga flange kapag pinagdudugtong ang mga piraso o bahagi ng waveguide. Ang tungkulin ng flange na ito ay upang matiyak ang maayos na mekanikal na koneksyon at angkop na mga katangiang elektrikal, partikular na ang mababang panlabas na radiation at mababang panloob na repleksyon.
Flange:
Ang mga waveguide flanges ay malawakang ginagamit sa mga komunikasyon sa microwave, mga sistema ng radar, mga komunikasyon sa satellite, mga sistema ng antenna, at mga kagamitan sa laboratoryo sa siyentipikong pananaliksik. Ginagamit ang mga ito upang pagdugtungin ang iba't ibang seksyon ng waveguide, tiyaking maiiwasan ang pagtagas at interference, at mapanatili ang tumpak na pagkakahanay ng waveguide upang matiyak ang mataas na maaasahang transmisyon at tumpak na pagpoposisyon ng mga frequency electromagnetic waves. Ang isang karaniwang waveguide ay may flange sa bawat dulo, gaya ng ipinapakita sa Figure 5.
pigura 5 (a) plain flange;(b) flange coupling.
Sa mas mababang mga frequency, ang flange ay ibe-braze o iwewelding sa waveguide, habang sa mas mataas na mga frequency, isang patag na butt flat flange ang ginagamit. Kapag ang dalawang bahagi ay pinagdugtong, ang mga flanges ay pinagkakabit-kabit, ngunit ang mga dulo ay dapat na maayos na tapusin upang maiwasan ang mga discontinuity sa koneksyon. Malinaw na mas madaling ihanay nang tama ang mga bahagi sa pamamagitan ng ilang mga pagsasaayos, kaya ang mas maliliit na waveguide ay minsan ay nilagyan ng mga threaded flanges na maaaring i-screw nang magkasama gamit ang isang ring nut. Habang tumataas ang frequency, natural na bumababa ang laki ng waveguide coupling, at ang coupling discontinuity ay nagiging mas malaki kaugnay ng signal wavelength at laki ng waveguide. Samakatuwid, ang mga discontinuity sa mas mataas na mga frequency ay nagiging mas mahirap.
pigura 6 (a) Pahalang na seksyon ng choke coupling; (b) dulong tanaw ng choke flange
Upang malutas ang problemang ito, maaaring mag-iwan ng maliit na puwang sa pagitan ng mga waveguide, gaya ng ipinapakita sa Figure 6. Isang choke coupling na binubuo ng isang ordinaryong flange at isang choke flange na magkakaugnay. Upang mabawi ang mga posibleng discontinuities, isang pabilog na choke ring na may hugis-L na cross-section ang ginagamit sa choke flange upang makamit ang mas mahigpit na koneksyon. Hindi tulad ng mga ordinaryong flanges, ang mga choke flanges ay frequency sensitive, ngunit ang isang na-optimize na disenyo ay maaaring makasiguro ng isang makatwirang bandwidth (marahil 10% ng center frequency) kung saan ang SWR ay hindi hihigit sa 1.05.
Oras ng pag-post: Enero 15, 2024
