Paano makamit ang pagtutugma ng impedance ng mga waveguides?Mula sa teorya ng transmission line sa microstrip antenna theory, alam natin na ang naaangkop na serye o parallel transmission lines ay maaaring mapili para makamit ang impedance matching sa pagitan ng transmission lines o sa pagitan ng transmission lines at load para makamit ang maximum power transmission at minimum reflection loss.Ang parehong prinsipyo ng pagtutugma ng impedance sa mga linya ng microstrip ay nalalapat sa pagtutugma ng impedance sa mga waveguides.Ang mga pagmumuni-muni sa mga sistema ng waveguide ay maaaring humantong sa hindi pagkakatugma ng impedance.Kapag nangyari ang pagkasira ng impedance, ang solusyon ay kapareho ng para sa mga linya ng paghahatid, iyon ay, ang pagbabago ng kinakailangang halaga Ang lumped impedance ay inilalagay sa paunang nakalkula na mga punto sa waveguide upang madaig ang mismatch, sa gayon ay inaalis ang mga epekto ng mga pagmuni-muni.Habang ang mga linya ng transmission ay gumagamit ng mga bukol na impedance o stub, ang mga waveguides ay gumagamit ng mga metal na bloke ng iba't ibang hugis.
figure 1: Waveguide irises at katumbas na circuit,(a)Capacitive;(b)inductive;(c)resonant.
Ipinapakita ng Figure 1 ang iba't ibang uri ng pagtutugma ng impedance, pagkuha ng alinman sa mga form na ipinapakita at maaaring capacitive, inductive o resonant.Ang mathematical analysis ay kumplikado, ngunit ang pisikal na paliwanag ay hindi.Isinasaalang-alang ang unang capacitive metal strip sa figure, makikita na ang potensyal na umiral sa pagitan ng itaas at ilalim na mga pader ng waveguide (sa dominanteng mode) ay umiiral na ngayon sa pagitan ng dalawang metal na ibabaw sa mas malapit, kaya ang kapasidad ay Ang tumataas ang punto.Sa kaibahan, ang metal block sa Figure 1b ay nagpapahintulot sa kasalukuyang daloy kung saan hindi ito dumaloy dati.Magkakaroon ng kasalukuyang daloy 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 na singsing sa Figure c ay idinisenyo nang makatwiran, ang inductive reactance at capacitive reactance na ipinakilala ay magiging pantay, at ang aperture ay magiging parallel resonance.Nangangahulugan ito na ang pagtutugma ng impedance at pag-tune ng pangunahing mode ay napakahusay, at ang shunting effect ng mode na ito ay magiging bale-wala.Gayunpaman, ang iba pang mga mode o frequency ay papahinain, kaya ang resonant metal ring ay gumaganap bilang parehong bandpass filter at mode filter.
figure 2:(a)waveguide posts;(b)two-screw matcher
Ang isa pang paraan sa pag-tune ay ipinapakita sa itaas, kung saan ang isang cylindrical metal post ay umaabot mula sa isa sa mga malalawak na gilid papunta sa waveguide, na may parehong epekto bilang 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 pamamaraang ito ng pagtutugma ay kapag ang naturang metal pillar ay umaabot nang bahagya 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 wavelength, Sa puntong ito, nangyayari ang series resonance. .Ang karagdagang pagpasok ng metal post ay nagreresulta sa isang inductive susceptance na ibinibigay na bumababa habang nagiging mas kumpleto ang pagpapasok.Ang intensity ng resonance sa pag-install ng midpoint 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 piraso ng metal, ang isang pangunahing bentahe ng paggamit ng mga poste ng metal ay ang mga ito ay madaling ayusin.Halimbawa, maaaring gamitin ang dalawang turnilyo bilang mga aparato sa pag-tune upang makamit ang mahusay na pagtutugma ng waveguide.
Resistive load at attenuator:
Tulad ng anumang iba pang sistema ng paghahatid, ang mga waveguides kung minsan ay nangangailangan ng perpektong pagtutugma ng impedance at nakatutok na mga load upang ganap na masipsip ang mga papasok na alon nang walang pagmuni-muni at maging frequency insensitive.Ang isang aplikasyon para sa mga naturang terminal ay ang gumawa ng iba't ibang mga sukat ng kapangyarihan sa system nang hindi aktwal na naglalabas ng anumang kapangyarihan.
figure 3 waveguide resistance load(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 wave) upang hindi magdulot ng mga reflection.Maaaring sakupin ng lossy medium na ito ang buong lapad ng waveguide, o maaari lamang itong sumakop sa 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 na plato tulad ng salamin, na pinahiran ng carbon film o water glass sa labas.Para sa mga high-power na application, ang mga naturang terminal ay maaaring magkaroon ng mga heat sink na idinagdag sa labas ng waveguide, at ang power na inihatid sa terminal ay maaaring mawala sa pamamagitan ng heat sink o sa pamamagitan ng forced air cooling.
figure 4 Movable vane attenuator
Ang mga dielectric attenuator ay maaaring gawing naaalis tulad ng ipinapakita sa Figure 4. Inilagay sa gitna ng waveguide, maaari itong ilipat sa gilid mula sa gitna ng waveguide, kung saan ito ay magbibigay ng pinakamalaking attenuation, hanggang sa mga gilid, kung saan ang attenuation ay lubhang nabawasan dahil ang lakas ng electric field ng dominanteng mode ay mas mababa.
Attenuation sa waveguide:
Ang pagpapalambing ng enerhiya ng mga waveguides ay pangunahing kinabibilangan ng mga sumusunod na aspeto:
1. Mga pagmumuni-muni mula sa mga internal waveguide discontinuities o hindi pagkakatugma na mga seksyon ng waveguide
2. Mga pagkalugi na dulot ng kasalukuyang dumadaloy sa mga pader ng waveguide
3. Mga pagkalugi ng dielectric sa mga punong waveguides
Ang huling dalawa ay katulad ng kaukulang mga pagkalugi sa mga linya ng coaxial at parehong medyo maliit.Ang pagkawala na ito ay depende sa materyal sa dingding at ang pagkamagaspang nito, ang dielectric na ginamit at ang dalas (dahil sa epekto ng balat).Para sa brass conduit, ang range ay mula 4 dB/100m sa 5 GHz hanggang 12 dB/100m sa 10 GHz, ngunit para sa aluminum conduit, mas mababa ang range.Para sa mga silver-coated na waveguides, ang mga pagkalugi 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 pagkalugi, lalo na sa pinakamataas na frequency, ang mga waveguides ay minsan ay nilagyan (panloob) ng ginto o platinum.
Gaya ng nabanggit na, gumaganap ang waveguide bilang isang high-pass na filter.Bagama't ang waveguide mismo ay halos walang pagkawala, ang mga frequency sa ibaba ng cutoff frequency ay lubhang pinahina.Ang pagpapahina na ito ay dahil sa pagmuni-muni sa bibig ng waveguide kaysa sa pagpapalaganap.
Pagkabit ng waveguide:
Ang pagkakabit ng waveguide ay kadalasang nangyayari sa pamamagitan ng mga flanges kapag ang mga piraso o bahagi ng waveguide ay pinagsama-sama.Ang pag-andar ng flange na ito ay upang matiyak ang isang makinis na mekanikal na koneksyon at angkop na mga katangian ng kuryente, lalo na ang mababang panlabas na radiation at mababang panloob na pagmuni-muni.
Flange:
Ang mga waveguide flanges ay malawakang ginagamit sa microwave communications, radar system, satellite communications, antenna system, at laboratory equipment sa siyentipikong pananaliksik.Ginagamit ang mga ito upang ikonekta ang iba't ibang mga seksyon ng waveguide, tiyaking maiiwasan ang pagtagas at interference, at mapanatili ang tumpak na pagkakahanay ng waveguide upang matiyak ang mataas na Maaasahang paghahatid at tumpak na pagpoposisyon ng frequency electromagnetic waves.Ang isang tipikal na waveguide ay may flange sa bawat dulo, tulad ng ipinapakita sa Figure 5.
figure 5 (a) plain flange;(b) flange coupling.
Sa mas mababang mga frequency ang flange ay i-brazed o i-welded sa waveguide, habang sa mas mataas na frequency ay isang flatter butt flat flange ang ginagamit.Kapag ang dalawang bahagi ay pinagsama, ang mga flanges ay pinagsama-sama, ngunit ang mga dulo ay dapat na tapos na maayos upang maiwasan ang mga discontinuities sa koneksyon.Malinaw na mas madaling ihanay nang tama ang mga bahagi sa ilang mga pagsasaayos, kaya ang mas maliliit na waveguides ay minsan ay nilagyan ng mga sinulid na flanges na maaaring i-screw kasama ng isang ring nut.Habang tumataas ang frequency, natural na bumababa ang laki ng waveguide coupling, at nagiging mas malaki ang coupling discontinuity sa proporsyon sa wavelength ng signal at laki ng waveguide.Samakatuwid, ang mga discontinuities sa mas mataas na frequency ay nagiging mas mahirap.
figure 6 (a) Cross section ng choke coupling;(b)end view ng choke flange
Upang malutas ang problemang ito, maaaring mag-iwan ng maliit na puwang sa pagitan ng mga waveguides, tulad ng ipinapakita sa Figure 6. Isang choke coupling na binubuo ng isang ordinaryong flange at isang choke flange na konektado nang magkasama.Upang mabayaran ang mga posibleng discontinuities, ang isang circular choke ring na may hugis-L na cross-section ay ginagamit sa choke flange upang makamit ang mas mahigpit na angkop na koneksyon.Hindi tulad ng mga ordinaryong flanges, ang mga choke flanges ay sensitibo sa dalas, ngunit ang isang naka-optimize na disenyo ay maaaring matiyak ang isang makatwirang bandwidth (marahil 10% ng center frequency) kung saan ang SWR ay hindi lalampas sa 1.05.
Oras ng post: Ene-15-2024
