Kā panākt viļņvadu impedances saskaņošanu? No pārraides līniju teorijas mikrostripas antenas teorijā mēs zinām, ka var izvēlēties atbilstošas virknes vai paralēlas pārraides līnijas, lai panāktu impedances saskaņošanu starp pārraides līnijām vai starp pārraides līnijām un slodzēm, lai panāktu maksimālu jaudas pārraidi un minimālus atstarošanas zudumus. Tas pats impedances saskaņošanas princips mikrostripas līnijās attiecas uz impedances saskaņošanu viļņvados. Atstarojumi viļņvadu sistēmās var izraisīt impedances neatbilstību. Kad notiek impedances pasliktināšanās, risinājums ir tāds pats kā pārraides līnijām, proti, nepieciešamās vērtības maiņa. Kumulatīvā impedance tiek novietota iepriekš aprēķinātos punktos viļņvadā, lai pārvarētu neatbilstību, tādējādi novēršot atstarojumu ietekmi. Kamēr pārraides līnijās tiek izmantotas kumulatīvās impedances vai stubi, viļņvados tiek izmantoti dažādu formu metāla bloki.
1. attēls: Viļņvada diafragmas un ekvivalenta shēma, (a) kapacitatīva; (b) induktīva; (c) rezonansīga.
1. attēlā parādīti dažādi impedances saskaņošanas veidi, kas var būt jebkurā no parādītajām formām un var būt kapacitatīva, induktīva vai rezonansīga. Matemātiskā analīze ir sarežģīta, bet fiziskais skaidrojums nav. Aplūkojot pirmo kapacitatīvo metāla sloksni attēlā, var redzēt, ka potenciāls, kas pastāvēja starp viļņvada augšējo un apakšējo sienu (dominējošajā režīmā), tagad pastāv starp divām metāla virsmām tuvāk, tāpēc kapacitāte šajā punktā palielinās. Turpretī metāla bloks 1.b attēlā ļauj strāvai plūst tur, kur tā iepriekš neplūda. Metāla bloka pievienošanas dēļ strāva plūdīs iepriekš pastiprinātajā elektriskā lauka plaknē. Tāpēc magnētiskajā laukā notiek enerģijas uzkrāšanās, un induktivitāte šajā viļņvada punktā palielinās. Turklāt, ja metāla gredzena forma un pozīcija c attēlā ir projektēta saprātīgi, ieviestā induktīvā un kapacitatīvā reaktivitāte būs vienāda, un apertūra būs paralēla rezonanse. Tas nozīmē, ka galvenā režīma impedances saskaņošana un regulēšana ir ļoti laba, un šī režīma šuntēšanas efekts būs niecīgs. Tomēr citi režīmi vai frekvences tiks vājinātas, tāpēc rezonanses metāla gredzens darbojas gan kā joslas caurlaides filtrs, gan kā režīma filtrs.
2. attēls: (a) viļņvada stabi; (b) divu skrūvju saskaņotājs
Cits regulēšanas veids ir parādīts iepriekš, kur cilindrisks metāla stabs stiepjas no vienas no platākajām malām viļņvadā, radot tādu pašu efektu kā metāla sloksne, nodrošinot koncentrētu reaktivitāti šajā punktā. Metāla stabs var būt kapacitatīvs vai induktīvs atkarībā no tā, cik tālu tas stiepjas viļņvadā. Būtībā šī saskaņošanas metode ir tāda, ka, kad šāds metāla stabs nedaudz stiepjas viļņvadā, tas šajā punktā nodrošina kapacitīvu susceptenci, un kapacitatīvā susceptence palielinās, līdz iespiešanās sasniedz aptuveni ceturtdaļu viļņa garuma. Šajā brīdī notiek virknes rezonanse. Turpmāka metāla staba iespiešanās rada induktīvu susceptenci, kas samazinās, ievietošanai kļūstot pilnīgākai. Rezonanses intensitāte viduspunkta uzstādīšanā ir apgriezti proporcionāla kolonnas diametram un to var izmantot kā filtru, tomēr šajā gadījumā to izmanto kā joslas aiztures filtru augstākas kārtas režīmu pārraidīšanai. Salīdzinot ar metāla sloksnes impedances palielināšanu, galvenā metāla stabu izmantošanas priekšrocība ir tā, ka tos ir viegli regulēt. Piemēram, divas skrūves var izmantot kā regulēšanas ierīces, lai panāktu efektīvu viļņvada saskaņošanu.
Rezistīvās slodzes un vājinātāji:
Tāpat kā jebkurai citai pārraides sistēmai, viļņvadiem dažreiz ir nepieciešama perfekta impedances saskaņošana un noregulētas slodzes, lai pilnībā absorbētu ienākošos viļņus bez atstarošanās un nebūtu frekvences nejutīgi. Viens no šādu termināļu pielietojumiem ir dažādu jaudas mērījumu veikšana sistēmā, faktiski neizstarojot nekādu jaudu.
3. attēls Viļņvada pretestības slodze (a) viens konuss (b) dubults konuss
Visizplatītākais rezistīvais noslēgums ir zudumradoša dielektriķa daļa, kas uzstādīta viļņvada galā un ir koniska (ar galu vērstu pret ienākošo vilni), lai neradītu atstarošanos. Šī zudumradošā vide var aizņemt visu viļņvada platumu vai arī tikai viļņvada gala centru, kā parādīts 3. attēlā. Konusveida daļa var būt vienkārša vai divkārša konusveida, un tās garums parasti ir λp/2, un kopējais garums ir aptuveni divi viļņu garumi. Parasti tā ir izgatavota no dielektriskām plāksnēm, piemēram, stikla, kas no ārpuses pārklāts ar oglekļa plēvi vai ūdens stiklu. Lieljaudas lietojumprogrammām šādiem termināļiem var būt pievienoti siltuma izkliedētāji viļņvada ārpusē, un terminālim piegādātā jauda var tikt izkliedēta caur siltuma izkliedētāju vai ar piespiedu gaisa dzesēšanu.
4. attēls. Kustīgs lāpstiņu vājinātājs
Dielektriskos vājinātājus var izgatavot noņemamus, kā parādīts 4. attēlā. Novietotus viļņvada vidū, tos var pārvietot sāniski no viļņvada centra, kur tie nodrošinās vislielāko vājinājumu, uz malām, kur vājinājums ir ievērojami samazināts, jo dominējošā režīma elektriskā lauka stiprums ir daudz mazāks.
Vājināšanās viļņvadā:
Viļņvadu enerģijas vājināšanās galvenokārt ietver šādus aspektus:
1. Atstarojumi no iekšējiem viļņvada pārtraukumiem vai nepareizi novietotām viļņvada sekcijām
2. Zaudējumi, ko rada viļņvada sienās plūstošā strāva
3. Dielektriskie zudumi piepildītos viļņvados
Pēdējie divi ir līdzīgi atbilstošajiem zudumiem koaksiālajās līnijās un abi ir relatīvi mazi. Šie zudumi ir atkarīgi no sienas materiāla un tā raupjuma, izmantotā dielektriķa un frekvences (ādas efekta dēļ). Misiņa caurulēm diapazons ir no 4 dB/100 m pie 5 GHz līdz 12 dB/100 m pie 10 GHz, bet alumīnija caurulēm diapazons ir mazāks. Sudraba pārklājuma viļņvadiem zudumi parasti ir 8 dB/100 m pie 35 GHz, 30 dB/100 m pie 70 GHz un tuvu 500 dB/100 m pie 200 GHz. Lai samazinātu zudumus, īpaši augstākajās frekvencēs, viļņvadi dažreiz tiek pārklāti (iekšēji) ar zeltu vai platīnu.
Kā jau minēts, viļņvads darbojas kā augstfrekvences filtrs. Lai gan pats viļņvads ir praktiski bez zudumiem, frekvences zem robežfrekvences tiek ievērojami vājinātas. Šis vājinājums rodas atstarošanās, nevis izplatīšanās dēļ viļņvada atverē.
Viļņvada savienojums:
Viļņvada savienojums parasti notiek caur atlokiem, kad viļņvada daļas vai komponenti tiek savienoti kopā. Šī atloka funkcija ir nodrošināt vienmērīgu mehānisku savienojumu un piemērotas elektriskās īpašības, jo īpaši zemu ārējo starojumu un zemu iekšējo atstarošanos.
Atloks:
Viļņvada atloki tiek plaši izmantoti mikroviļņu sakaros, radaru sistēmās, satelītu sakaros, antenu sistēmās un laboratorijas iekārtās zinātniskajos pētījumos. Tos izmanto, lai savienotu dažādas viļņvada sekcijas, nodrošinātu noplūžu un traucējumu novēršanu, kā arī uzturētu precīzu viļņvada izlīdzinājumu, lai nodrošinātu augstas frekvences elektromagnētisko viļņu uzticamu pārraidi un precīzu pozicionēšanu. Tipiskam viļņvadam katrā galā ir atloks, kā parādīts 5. attēlā.
5. attēls. (a) vienkāršs atloks; (b) atloka savienojums.
Zemākās frekvencēs atloks tiks lodēts vai piemetināts pie viļņvada, savukārt augstākās frekvencēs tiek izmantots plakanāks, saliekts plakans atloks. Kad divas daļas ir savienotas, atloki tiek saskrūvēti kopā, bet galiem jābūt gludi apstrādātiem, lai izvairītos no pārtraukumiem savienojumā. Acīmredzot, komponentus ir vieglāk pareizi izlīdzināt ar dažiem pielāgojumiem, tāpēc mazāki viļņvadi dažreiz ir aprīkoti ar vītņotiem atlokiem, kurus var saskrūvēt kopā ar gredzenveida uzgriezni. Palielinoties frekvencei, viļņvada savienojuma izmērs dabiski samazinās, un savienojuma pārtraukums kļūst lielāks proporcionāli signāla viļņa garumam un viļņvada izmēram. Tāpēc pārtraukumi augstākās frekvencēs rada lielākas problēmas.
6. attēls. (a) Droseļvārsta savienojuma šķērsgriezums; (b) Droseļvārsta atloka skats no gala
Lai atrisinātu šo problēmu, starp viļņvadiem var atstāt nelielu atstarpi, kā parādīts 6. attēlā. Droseles savienojums, kas sastāv no parasta atloka un droseles atloka, kas savienoti kopā. Lai kompensētu iespējamos pārtraukumus, droseles atlokā tiek izmantots apaļš droseles gredzens ar L veida šķērsgriezumu, lai panāktu ciešāku savienojumu. Atšķirībā no parastajiem atlokiem, droseles atloki ir jutīgi pret frekvencēm, taču optimizēta konstrukcija var nodrošināt saprātīgu joslas platumu (iespējams, 10% no centrālās frekvences), kurā SWR nepārsniedz 1,05.
Publicēšanas laiks: 2024. gada 15. janvāris
