Kuidas saavutada lainejuhtide impedantsi sobitamist?Mikroribade antenniteooria ülekandeliiniteooriast teame, et ülekandeliinide või ülekandeliinide ja koormuste vahelise impedantsi sobitamise saavutamiseks saab valida sobivad jada- või paralleelsed ülekandeliinid, et saavutada maksimaalne jõuülekanne ja minimaalne peegelduskadu.Sama impedantsi sobitamise põhimõte mikroribaliinides kehtib ka lainejuhtide impedantsi sobitamise kohta.Peegeldused lainejuhisüsteemides võivad põhjustada impedantsi mittevastavust.Impedantsi halvenemise korral on lahendus sama, mis ülekandeliinide puhul, st nõutava väärtuse muutmine. Ühendatud impedants asetatakse lainejuhis eelnevalt arvutatud punktidesse, et ületada ebakõla, kõrvaldades sellega peegelduste mõju.Kui ülekandeliinid kasutavad kokkupandud takistust või tüngasid, siis lainejuhid kasutavad erineva kujuga metallplokke.
joonis 1: lainejuhi iirised ja samaväärne ahel, a)mahtuvus;b)induktiivne;c)resonants.
Joonisel 1 on kujutatud erinevat tüüpi impedantsi sobitamist, mis on näidatud mis tahes kujul ja võivad olla mahtuvuslikud, induktiivsed või resonantsed.Matemaatiline analüüs on keeruline, kuid füüsiline seletus mitte.Arvestades joonisel olevat esimest mahtuvuslikku metallriba, on näha, et potentsiaal, mis eksisteeris lainejuhi ülemise ja alumise seina vahel (domineerivas režiimis), eksisteerib nüüd kahe lähemal asuva metallpinna vahel, seega on mahtuvus punkt suureneb.Seevastu joonisel 1b kujutatud metallplokk võimaldab voolul liikuda seal, kus see varem ei voolanud.Metallploki lisamise tõttu tekib vool varem täiustatud elektrivälja tasapinnal.Seetõttu toimub magnetväljas energia salvestamine ja induktiivsus lainejuhi selles punktis suureneb.Lisaks, kui joonisel c kujutatud metallrõnga kuju ja asend on mõistlikult konstrueeritud, on sisestatud induktiivreaktiiv ja mahtuvuslik reaktants võrdsed ning ava on paralleelresonants.See tähendab, et põhirežiimi impedantsi sobitamine ja häälestamine on väga hea ning selle režiimi manööverdusefekt on tühine.Kuid muud režiimid või sagedused nõrgenevad, nii et resonantsne metallrõngas toimib nii ribapääsfiltrina kui ka režiimifiltrina.
joonis 2:a)lainejuhipostid;b)kahe kruviga sobitaja
Eespool on näidatud teist viisi häälestamiseks, kus silindriline metallpost ulatub ühest laiast küljest lainejuhisse, millel on selles punktis kokkupandud reaktantsi tagamise osas sama efekt kui metallribal.Metallpost võib olla mahtuvuslik või induktiivne, olenevalt sellest, kui kaugele see lainejuhisse ulatub.Põhimõtteliselt seisneb see sobitusmeetod selles, et kui selline metallsammas ulatub veidi lainejuhi sisse, annab see selles punktis mahtuvusliku sustseptantsi ja mahtuvuslik sustseptants suureneb, kuni läbitung on ligikaudu veerand lainepikkusest. Sel hetkel tekib jadaresonants. .Metallposti edasise läbitungimise tulemuseks on induktiivne sustseptsioon, mis väheneb, kui sisestamine muutub täielikumaks.Resonantsi intensiivsus keskpunkti paigaldusel on pöördvõrdeline kolonni läbimõõduga ja seda saab kasutada filtrina, kuid sel juhul kasutatakse seda ribapeafiltrina kõrgema järgu režiimide edastamiseks.Võrreldes metallribade impedantsi suurendamisega, on metallpostide kasutamise suur eelis see, et neid on lihtne reguleerida.Näiteks saab lainejuhi tõhusa sobitamise saavutamiseks häälestusseadmetena kasutada kahte kruvi.
Takistuslikud koormused ja summutid:
Nagu iga teine edastussüsteem, nõuavad lainejuhid mõnikord täiuslikku impedantsi sobitamist ja häälestatud koormusi, et neelata sissetulevad lained täielikult ilma peegelduseta ja olla sagedustundetud.Üks selliste klemmide rakendus on teha süsteemis erinevaid võimsuse mõõtmisi ilma võimsust tegelikult kiirgamata.
joonis 3 lainejuhi takistuskoormus(a)ühekordne koonus(b)topeltkoonus
Kõige tavalisem takistuslik ots on kadudega dielektriku osa, mis on paigaldatud lainejuhi otsa ja kitseneb (ots on suunatud sissetuleva laine poole), et mitte tekitada peegeldusi.See kadudega keskkond võib hõivata kogu lainejuhi laiuse või võib see hõivata ainult lainejuhi otsa keskpunkti, nagu on näidatud joonisel 3. Koonus võib olla ühe- või kahekihiline ja selle pikkus on tavaliselt λp/2, mille kogupikkus on ligikaudu kaks lainepikkust.Tavaliselt valmistatud dielektrilistest plaatidest, näiteks klaasist, mis on väljast kaetud süsinikkile või vesiklaasiga.Suure võimsusega rakenduste puhul võib sellistele klemmidele lisada jahutusradiaatorid lainejuhi välisküljele ja terminali edastatud võimsust saab hajutada läbi jahutusradiaatori või sundõhujahutuse.
joonis 4 Liigutatav labaga summuti
Dielektrilisi atenuaatoreid saab muuta eemaldatavaks, nagu on näidatud joonisel 4. Asetades lainejuhi keskele, saab seda liigutada külgsuunas lainejuhi keskpunktist, kus see tagab suurima sumbumise, servadesse, kus sumbumine on oluliselt vähenenud. kuna domineeriva režiimi elektrivälja tugevus on palju väiksem.
Sumbumine lainejuhis:
Lainejuhtide energiasummutus hõlmab peamiselt järgmisi aspekte:
1. Peegeldused lainejuhi sisemistest katkestustest või valesti joondatud lainejuhisektsioonidest
2. Lainejuhiseintes voolavast voolust põhjustatud kaod
3. Dielektrilised kaod täidetud lainejuhtides
Kaks viimast on sarnased vastavate kadudega koaksiaalliinides ja on mõlemad suhteliselt väikesed.See kadu sõltub seina materjalist ja selle karedusest, kasutatavast dielektrikust ja sagedusest (tulenevalt nahaefektist).Messingtoru puhul on vahemik 4 dB/100 m sagedusel 5 GHz kuni 12 dB/100 m sagedusel 10 GHz, kuid alumiiniumtoru puhul on vahemik väiksem.Hõbedaga kaetud lainejuhtide puhul on kaod tavaliselt 8 dB/100 m sagedusel 35 GHz, 30 dB/100 m sagedusel 70 GHz ja ligi 500 dB/100 m sagedusel 200 GHz.Kadude vähendamiseks, eriti kõrgeimatel sagedustel, on lainejuhid mõnikord kaetud (sisemiselt) kulla või plaatinaga.
Nagu juba märgitud, toimib lainejuht kõrgpääsfiltrina.Kuigi lainejuht ise on praktiliselt kadudeta, on piirsagedusest madalamad sagedused tugevalt nõrgenenud.See sumbumine on tingitud 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 väliskiirgus ja väike sisepeegeldus.
Äärik:
Lainejuhi äärikuid kasutatakse laialdaselt mikrolainesides, radarisüsteemides, satelliitsides, antennisüsteemides ja laboriseadmetes teadusuuringutes.Neid kasutatakse erinevate lainejuhisektsioonide ühendamiseks, lekete ja häirete vältimise tagamiseks ning lainejuhi täpse joondamise säilitamiseks, et tagada sagedusega elektromagnetlainete kõrge usaldusväärne edastamine ja täpne positsioneerimine.Tavalisel lainejuhil on mõlemas otsas äärik, nagu on näidatud joonisel 5.
joonis 5 a)lihtne äärik;b)äärikühendus.
Madalamatel sagedustel joodetakse või keevitatakse äärik lainejuhi külge, kõrgematel sagedustel kasutatakse lamedat põkk-tasaäärikut.Kahe osa ühendamisel kruvitakse äärikud kokku, kuid otsad peavad olema sujuvalt viimistletud, et vältida ühenduse katkestusi.Ilmselgelt on teatud seadistustega lihtsam komponente õigesti joondada, nii et väiksemad lainejuhid on mõnikord varustatud keermestatud äärikutega, mida saab rõngasmutriga kokku kruvida.Sageduse kasvades lainejuhi sidestuse suurus loomulikult väheneb ja sidestuse katkestus suureneb proportsionaalselt signaali lainepikkuse ja lainejuhi suurusega.Seetõttu muutuvad katkestused kõrgematel sagedustel tülikamaks.
joonis 6 a) Drosselühenduse ristlõige; b) õhuklapi ääriku otsvaade
Selle probleemi lahendamiseks võib lainejuhtide vahele jätta väikese vahe, nagu on näidatud joonisel 6. Drosselühendus, mis koosneb tavalisest äärikust ja omavahel ühendatud drosseläärikust.Võimalike katkestuste kompenseerimiseks kasutatakse õhuklapi äärikus L-kujulise ristlõikega ringikujulist drosselrõngast, et saavutada tihedam ühendus.Erinevalt tavalistest äärikutest on drosseläärikud sagedustundlikud, kuid optimeeritud konstruktsioon võib tagada mõistliku ribalaiuse (võib-olla 10% kesksagedusest), mille puhul SWR ei ületa 1,05.
Postitusaeg: 15. jaanuar 2024
