Как да се постигне съвпадение на импеданса на вълноводите?От теорията на предавателната линия в теорията на микролентовата антена знаем, че могат да бъдат избрани подходящи последователни или паралелни предавателни линии, за да се постигне съвпадение на импеданса между предавателните линии или между предавателните линии и товарите, за да се постигне максимално предаване на мощност и минимална загуба на отражение.Същият принцип на съгласуване на импеданс в микролентови линии се прилага за съгласуване на импеданс във вълноводи.Отраженията във вълноводните системи могат да доведат до несъответствия на импеданса.Когато възникне влошаване на импеданса, решението е същото като за преносните линии, т.е. промяна на необходимата стойност. Съвкупният импеданс се поставя в предварително изчислени точки във вълновода, за да се преодолее несъответствието, като по този начин се елиминират ефектите от отраженията.Докато предавателните линии използват групирани импеданси или пънове, вълноводите използват метални блокове с различни форми.
Фигура 1: Вълноводни ириси и еквивалентна верига, (a) Капацитивен; (b) индуктивен; (c) резонансен.
Фигура 1 показва различните видове съгласуване на импеданса, приемайки всяка от показаните форми и може да бъде капацитивен, индуктивен или резонансен.Математическият анализ е сложен, но физическото обяснение не е.Като се има предвид първата капацитивна метална лента на фигурата, може да се види, че потенциалът, който съществува между горната и долната стена на вълновода (в доминиращ режим), сега съществува между двете метални повърхности в по-голяма близост, така че капацитетът е точка се увеличава.За разлика от това, металният блок на фигура 1b позволява на тока да тече там, където не е течал преди.Ще има токов поток в предварително подобрената равнина на електрическото поле поради добавянето на металния блок.Следователно в магнитното поле се получава съхранение на енергия и индуктивността в тази точка на вълновода се увеличава.Освен това, ако формата и позицията на металния пръстен на фигура c са проектирани разумно, въведените индуктивно и капацитивно съпротивление ще бъдат еднакви и отворът ще бъде паралелен резонанс.Това означава, че съгласуването и настройката на импеданса на основния режим е много добро и маневриращият ефект на този режим ще бъде незначителен.Въпреки това, други режими или честоти ще бъдат отслабени, така че резонансният метален пръстен действа както като лентов филтър, така и като филтър за режими.
фигура 2: (a) стълбове за вълноводи; (b) двувинтов съвпадач
Друг начин за настройка е показан по-горе, където цилиндрична метална стойка се простира от една от широките страни във вълновода, имайки същия ефект като метална лента по отношение на осигуряване на групирана реактивност в тази точка.Металният стълб може да бъде капацитивен или индуктивен, в зависимост от това колко далеч се простира във вълновода.По същество този метод на съвпадение е, че когато такъв метален стълб се простира леко във вълновода, той осигурява капацитивна възприемчивост в тази точка и капацитивната възприемчивост се увеличава, докато проникването стане около една четвърт от дължината на вълната. В този момент възниква сериен резонанс .По-нататъшното проникване на металния стълб води до осигуряване на индуктивна възприемчивост, която намалява, когато вмъкването стане по-пълно.Интензитетът на резонанса в инсталацията на средната точка е обратно пропорционален на диаметъра на колоната и може да се използва като филтър, но в този случай се използва като филтър за спиране на лентата за предаване на режими от по-висок порядък.В сравнение с увеличаването на импеданса на металните ленти, основно предимство на използването на метални стълбове е, че те са лесни за регулиране.Например, два винта могат да се използват като устройства за настройка за постигане на ефективно съгласуване на вълновода.
Съпротивителни товари и атенюатори:
Като всяка друга система за предаване, вълноводите понякога изискват перфектно съвпадение на импеданса и настроени товари, за да абсорбират напълно входящите вълни без отражение и да бъдат нечувствителни към честотата.Едно приложение за такива терминали е да се правят различни измервания на мощността в системата, без реално да се излъчва мощност.
Фигура 3 съпротивление на вълновода (a) единичен конус (b) двоен конус
Най-често срещаният резистивен край е част от диелектрик със загуби, монтиран в края на вълновода и заострен (с върха, насочен към входящата вълна), така че да не предизвиква отражения.Тази среда със загуби може да заема цялата ширина на вълновода или може да заема само центъра на края на вълновода, както е показано на фигура 3. Конусът може да бъде единичен или двоен и обикновено има дължина λp/2, с обща дължина приблизително две дължини на вълната.Обикновено се изработват от диелектрични плочи като стъкло, покрити с въглероден филм или водно стъкло отвън.За приложения с висока мощност такива терминали могат да имат радиатори, добавени към външната страна на вълновода, и мощността, доставена към терминала, може да се разсейва през радиатора или чрез принудително въздушно охлаждане.
фигура 4 Атенюатор с подвижна лопатка
Диелектричните атенюатори могат да бъдат направени подвижни, както е показано на Фигура 4. Поставени в средата на вълновода, те могат да се преместват странично от центъра на вълновода, където ще осигурят най-голямо затихване, към краищата, където затихването е значително намалено тъй като напрегнатостта на електрическото поле на доминиращия режим е много по-ниска.
Затихване във вълновода:
Енергийното затихване на вълноводите включва главно следните аспекти:
1. Отражения от вътрешни вълноводни прекъсвания или неправилно подравнени вълноводни секции
2. Загуби, причинени от ток, протичащ във вълноводните стени
3. Диелектрични загуби в запълнени вълноводи
Последните две са подобни на съответните загуби в коаксиалните линии и са сравнително малки.Тази загуба зависи от материала на стената и нейната грапавост, използвания диелектрик и честотата (поради скин ефекта).За месингов тръбопровод диапазонът е от 4 dB/100 m при 5 GHz до 12 dB/100 m при 10 GHz, но за алуминиев тръбопровод диапазонът е по-нисък.За вълноводи със сребърно покритие загубите обикновено са 8dB/100m при 35 GHz, 30dB/100m при 70 GHz и близо до 500 dB/100m при 200 GHz.За да се намалят загубите, особено при най-високите честоти, вълноводите понякога са покрити (отвътре) със злато или платина.
Както вече беше отбелязано, вълноводът действа като високочестотен филтър.Въпреки че самият вълновод е практически без загуби, честотите под граничната честота са силно отслабени.Това затихване се дължи по-скоро на отражение в устието на вълновода, отколкото на разпространение.
Вълноводно свързване:
Свързването на вълновода обикновено се осъществява чрез фланци, когато части или компоненти на вълновод са свързани заедно.Функцията на този фланец е да осигури гладка механична връзка и подходящи електрически свойства, по-специално ниско външно излъчване и ниско вътрешно отражение.
Фланец:
Фланците за вълновод се използват широко в микровълнови комуникации, радарни системи, сателитни комуникации, антенни системи и лабораторно оборудване в научните изследвания.Те се използват за свързване на различни вълноводни секции, за предотвратяване на изтичане и смущения и за поддържане на прецизно подравняване на вълновода, за да се осигури високонадеждно предаване и точно позициониране на честотни електромагнитни вълни.Типичният вълновод има фланец във всеки край, както е показано на фигура 5.
фигура 5 (a) обикновен фланец; (b) фланцов съединител.
При по-ниски честоти фланецът ще бъде споен или заварен към вълновода, докато при по-високи честоти се използва по-плосък челен плосък фланец.Когато две части са съединени, фланците са закрепени заедно, но краищата трябва да бъдат завършени гладко, за да се избегнат прекъсвания на връзката.Очевидно е по-лесно да подравните компонентите правилно с някои настройки, така че по-малките вълноводи понякога са оборудвани с фланци с резба, които могат да се завинтват заедно с пръстеновидна гайка.С увеличаването на честотата размерът на свързването на вълновода естествено намалява и прекъсването на свързването става по-голямо пропорционално на дължината на вълната на сигнала и размера на вълновода.Следователно прекъсванията при по-високи честоти стават по-обезпокоителни.
фигура 6 (a) Напречно сечение на съединителя на дросела; (b) Изглед от края на фланеца на дросела
За да се реши този проблем, може да се остави малка междина между вълноводите, както е показано на фигура 6. Дроселна връзка, състояща се от обикновен фланец и фланец на дросел, свързани заедно.За да се компенсират възможните прекъсвания, във фланеца на дросела се използва кръгъл дроселен пръстен с L-образно напречно сечение, за да се постигне по-здраво свързване.За разлика от обикновените фланци, дроселните фланци са чувствителни към честотата, но оптимизираната конструкция може да осигури разумна честотна лента (може би 10% от централната честота), над която SWR не надвишава 1,05.
Време на публикуване: 15 януари 2024 г
