Kuidas saavutada lainejuhtide impedantsi sobitamist? Mikroribaantennide teooria ülekandeliinide teooriast teame, et ülekandeliinide vahelise või ülekandeliinide ja koormuste vahelise impedantsi sobitamise saavutamiseks saab valida sobivad jada- või paralleelülekandeliinid, et saavutada maksimaalne võimsusülekanne ja minimaalne peegelduskaod. Sama mikroribaliinide impedantsi sobitamise põhimõte kehtib ka lainejuhtide impedantsi sobitamise kohta. Lainejuhtsüsteemide peegeldused võivad põhjustada impedantsi mittevastavust. Impedantsi halvenemise korral on lahendus sama, mis ülekandeliinide puhul, st vajaliku väärtuse muutmine. Kogunenud impedants paigutatakse lainejuhi eelnevalt arvutatud punktidesse, et ületada mittevastavus, kõrvaldades seeläbi peegelduste mõju. Kui ülekandeliinid kasutavad kogunenud impedantse ehk lülisid, siis lainejuhid kasutavad erineva kujuga metallplokke.
Joonis 1: Lainejuhi iirised ja ekvivalentne vooluring, (a) mahtuvuslik; (b) induktiivne; (c) resonantne.
Joonis 1 näitab erinevat tüüpi impedantsi sobitamist, mis esinevad mis tahes näidatud kujul ja võivad olla mahtuvuslikud, induktiivsed või resonantsed. Matemaatiline analüüs on keeruline, kuid füüsikaline seletus mitte. Vaadates joonisel esimest mahtuvuslikku metallriba, on näha, et lainejuhi ülemise ja alumise seina vahel (domineerivas moodis) eksisteerinud potentsiaal eksisteerib nüüd kahe lähemal asuva metallpinna vahel, seega mahtuvus punktis suureneb. Seevastu joonisel 1b olev metallplokk laseb voolul voolata seal, kus see varem ei voolanud. Metallploki lisamise tõttu toimub vool eelnevalt võimendatud elektrivälja tasapinnas. Seetõttu toimub energia salvestamine magnetväljas ja lainejuhi selles punktis induktiivsus suureneb. Lisaks, kui joonisel c oleva metallrõnga kuju ja asend on mõistlikult kujundatud, on lisatud induktiivne ja mahtuvuslik reaktants võrdsed ning ava on paralleelresonants. See tähendab, et põhimoodi impedantsi sobitamine ja häälestamine on väga hea ning selle moodi šunteerimisefekt on tühine. Teised moodid või sagedused aga nõrgenevad, seega toimib resonantne metallrõngas nii ribapääsfiltri kui ka moodifiltrina.
joonis 2: (a) lainejuhi postid; (b) kahe kruviga sobitusvahend
Teine häälestamisviis on näidatud eespool, kus silindriline metallpost ulatub ühest laiast küljest lainejuhti, millel on sama efekt kui metallribal, pakkudes selles punktis koondatud reaktantsi. Metallpost võib olla mahtuvuslik või induktiivne, olenevalt sellest, kui kaugele see lainejuhti ulatub. Põhimõtteliselt seisneb see sobitusmeetod selles, et kui selline metallsammas ulatub veidi lainejuhti, tekitab see selles punktis mahtuvusliku sustseptsiooni ja mahtuvuslik sustseptsioon suureneb, kuni läbitungimine on umbes veerand lainepikkusest. Sel hetkel toimub jadaresonants. Metallposti edasine läbitungimine annab tulemuseks induktiivse sustseptsiooni, mis väheneb sisestamise täielikumaks muutudes. Keskpunkti paigaldamisel on resonantsi intensiivsus pöördvõrdeline samba läbimõõduga ja seda saab kasutada filtrina, kuid sel juhul kasutatakse seda ribafiltrina kõrgema järgu moodide edastamiseks. Võrreldes metallribade impedantsi suurendamisega on metallpostide kasutamise peamine eelis see, et neid on lihtne reguleerida. Näiteks saab lainejuhi tõhusa sobitamise saavutamiseks häälestusseadmetena kasutada kahte kruvi.
Aktiivkoormused ja summutid:
Nagu iga teine ülekandesüsteem, vajavad lainejuhid mõnikord ideaalset impedantsi sobitamist ja häälestatud koormusi, et sissetulevad lained täielikult peegelduseta neelata ja olla sagedustundetud. Üks selliste terminalide rakendus on süsteemi mitmesuguste võimsusmõõtmiste tegemine ilma tegelikult võimsust kiirgamata.
Joonis 3 Lainejuhi takistuskoormus (a) ühekordne koonus (b) kahekordne koonus
Kõige tavalisem takistuslik lõpetamine on kadudega dielektriku osa, mis on paigaldatud lainejuhi otsa ja on kooniline (ots suunatud sissetuleva laine poole), et vältida peegeldusi. See kadudega keskkond võib hõlmata kogu lainejuhi laiust või ainult lainejuhi otsa keskpunkti, nagu on näidatud joonisel 3. Koonus võib olla ühe- või kahekordse koonusega ja selle pikkus on tavaliselt λp/2, kogupikkusega umbes kaks lainepikkust. Tavaliselt on see valmistatud dielektrilistest plaatidest, näiteks klaasist, mis on väljastpoolt kaetud süsinikkilega või vesiklaasiga. Suure võimsusega rakenduste jaoks saab sellistele klemmidele lainejuhi välisküljele lisada jahutusradiaatorid ja klemmile edastatav energia saab hajutada jahutusradiaatori kaudu või sundõhuga jahutamise abil.
joonis 4 Liigutatav labasummuti
Dielektrilisi nõrgendajaid saab teha eemaldatavateks, nagu on näidatud joonisel 4. Lainejuhi keskele paigutatuna saab seda külgsuunas liigutada lainejuhi keskelt, kus see tagab suurima sumbuvuse, servade poole, kus sumbumine on oluliselt vähenenud, kuna domineeriva moodi elektrivälja tugevus on palju madalam.
Lainejuhi sumbumine:
Lainejuhtide energia nõrgenemine hõlmab peamiselt järgmisi aspekte:
1. Peegeldused lainejuhi sisemistest katkestustest või valesti joondatud lainejuhi sektsioonidest
2. Lainejuhi seintes voolava voolu tekitatud kaod
3. Täidetud lainejuhtide dielektrilised kaod
Kaks viimast on sarnased koaksiaalliinide vastavate kadudega ja on mõlemad suhteliselt väikesed. See kadu sõltub seina materjalist ja selle karedusest, kasutatavast dielektrikust ja sagedusest (nahaefekti tõttu). Messingist toru puhul on vahemik 4 dB/100 m sagedusel 5 GHz kuni 12 dB/100 m sagedusel 10 GHz, kuid alumiiniumist toru puhul on vahemik madalam. Hõbetatud lainejuhtide puhul on kaod tavaliselt 8 dB/100 m sagedusel 35 GHz, 30 dB/100 m sagedusel 70 GHz ja ligikaudu 500 dB/100 m sagedusel 200 GHz. Kadude vähendamiseks, eriti kõrgeimatel sagedustel, kaetakse lainejuhid mõnikord (sisemiselt) kulla või plaatinaga.
Nagu juba mainitud, toimib lainejuht kõrgpääsfiltrina. Kuigi lainejuht ise on praktiliselt kadudeta, nõrgenevad piirsagedusest madalamad sagedused oluliselt. See nõrgenemine tuleneb pigem peegeldumisest lainejuhi suudmes kui levimisest.
Lainejuhi ühendus:
Lainejuhi ühendus toimub tavaliselt äärikute kaudu, kui lainejuhi tükid või komponendid on omavahel ühendatud. Selle ääriku ülesanne on tagada sujuv mehaaniline ühendus ja sobivad elektrilised omadused, eelkõige madal väline kiirgus ja madal sisemine peegeldus.
Äärik:
Lainejuhi äärikuid kasutatakse laialdaselt mikrolaine-, radari- ja satelliitside-, antenni- ja laboriseadmetes teadusuuringutes. Neid kasutatakse erinevate lainejuhi sektsioonide ühendamiseks, lekete ja häirete vältimiseks ning lainejuhi täpse joonduse säilitamiseks, et tagada elektromagnetlainete kõrge sagedus ja usaldusväärne ülekanne ning täpne positsioneerimine. Tüüpilisel lainejuhil on mõlemas otsas äärik, nagu on näidatud joonisel 5.
joonis 5 (a) sile äärik; (b) äärikühendus.
Madalamatel sagedustel joodetakse või keevitatakse äärik lainejuhi külge, kõrgematel sagedustel aga kasutatakse lamedamat otsaga lamedat äärikut. Kahe osa ühendamisel poltidega kinnitatakse äärikud, kuid otsad tuleb ühenduse katkestuste vältimiseks sujuvalt viimistleda. Ilmselgelt on komponente lihtsam teatud reguleerimisega õigesti joondada, seega on väiksemad lainejuhid mõnikord varustatud keermestatud äärikutega, mida saab rõngasmutriga kokku keerata. Sageduse suurenedes lainejuhi ühenduskoha suurus loomulikult väheneb ja ühenduskoha katkendlikkus suureneb proportsionaalselt signaali lainepikkuse ja lainejuhi suurusega. Seetõttu muutuvad katkendlikkused kõrgematel sagedustel problemaatilisemaks.
joonis 6 (a) Drosselklapi siduri ristlõige; (b) Drosselklapi ääriku otsvaade
Selle probleemi lahendamiseks saab lainejuhtide vahele jätta väikese vahe, nagu on näidatud joonisel 6. Drosselühendus, mis koosneb tavalisest äärikust ja drosseli äärikust, mis on omavahel ühendatud. Võimalike katkestuste kompenseerimiseks kasutatakse drosseli äärikus L-kujulise ristlõikega ümmargust drosselrõngast, et saavutada tihedam ühendus. Erinevalt tavalistest äärikutest on drosseli äärikud sagedustundlikud, kuid optimeeritud konstruktsioon suudab tagada mõistliku ribalaiuse (võib-olla 10% kesksagedusest), mille ulatuses SWR ei ületa 1,05.
Postituse aeg: 15. jaanuar 2024
