Kā panākt viļņvadu pretestības saskaņošanu?No pārvades līnijas teorijas mikrosloksnes antenas teorijā mēs zinām, ka var izvēlēties atbilstošas virknes vai paralēlas pārraides līnijas, lai panāktu pretestības saskaņošanu starp pārvades līnijām vai starp pārvades līnijām un slodzēm, lai panāktu maksimālu jaudas pārvadi un minimālu atstarošanas zudumu.Tas pats impedances saskaņošanas princips mikrosloksnes līnijās attiecas uz pretestības saskaņošanu viļņvados.Atspīdumi viļņvadu sistēmās var izraisīt pretestības neatbilstību.Ja notiek pretestības pasliktināšanās, risinājums ir tāds pats kā pārvades līnijām, tas ir, vajadzīgās vērtības mainīšana. Vienreizēja pretestība tiek novietota iepriekš aprēķinātos viļņvada punktos, lai novērstu neatbilstību, tādējādi novēršot atstarojumu ietekmi.Kamēr pārvades līnijās tiek izmantotas vienreizējas pretestības vai stubs, viļņvados tiek izmantoti dažādu formu metāla bloki.
1. attēls: viļņvada īrisi un līdzvērtīga ķēde, a)kapacitatīvs;b)induktīvs;c)rezonanses.
1. attēlā parādīti dažādi pretestības saskaņošanas veidi, kas var būt jebkurā no parādītajiem veidiem un var būt kapacitatīvi, induktīvi vai rezonējoši.Matemātiskā analīze ir sarežģīta, bet fiziskais skaidrojums nav.Ņemot vērā pirmo kapacitatīvo metāla sloksni attēlā, var redzēt, ka potenciāls, kas pastāvēja starp viļņvada augšējo un apakšējo sienu (dominējošā režīmā), tagad pastāv starp abām metāla virsmām tuvāk, tāpēc kapacitāte ir punkts palielinās.Turpretim metāla bloks 1.b attēlā ļauj strāvai plūst tur, kur tā iepriekš neplūda.Metāla bloka pievienošanas dēļ būs strāvas plūsma iepriekš uzlabotajā elektriskā lauka plaknē.Tāpēc magnētiskajā laukā notiek enerģijas uzkrāšana, un induktivitāte šajā viļņvada punktā palielinās.Turklāt, ja c attēlā redzamā metāla gredzena forma un novietojums ir veidoti saprātīgi, ievadītā induktīvā pretestība un kapacitatīvā pretestība būs vienāda, un apertūra būs paralēla rezonanse.Tas nozīmē, ka galvenā režīma pretestības saskaņošana un regulēšana ir ļoti laba, un šī režīma manevrēšanas efekts būs niecīgs.Tomēr citi režīmi vai frekvences tiks vājināti, tāpēc rezonējošais metāla gredzens darbojas gan kā joslas caurlaides filtrs, gan kā režīma filtrs.
2. attēls: (a) viļņvada stabi; (b) divu skrūvju savienotājs
Cits noskaņošanas veids ir parādīts iepriekš, kur cilindrisks metāla stabs stiepjas no vienas no platajām malām viļņvadā, un tam ir tāds pats efekts kā metāla sloksnei, nodrošinot vienreizēju pretestību šajā punktā.Metāla statnis var būt kapacitatīvs vai induktīvs atkarībā no tā, cik tālu tas sniedzas viļņvadā.Būtībā šī saskaņošanas metode ir tāda, ka tad, kad šāds metāla statnis nedaudz iestiepjas viļņvadā, tas nodrošina kapacitatīvo susceptenci šajā punktā, un kapacitatīvā susceptence palielinās, līdz iespiešanās ir aptuveni ceturtdaļa no viļņa garuma. Šajā brīdī notiek virknes rezonanse. .Metāla statņa tālāka iespiešanās rezultātā tiek nodrošināta induktīvā susceptence, kas samazinās, kad ievietošana kļūst pilnīgāka.Rezonanses intensitāte viduspunkta instalācijā ir apgriezti proporcionāla kolonnas diametram un var tikt izmantota kā filtrs, tomēr šajā gadījumā to izmanto kā joslas apturēšanas filtru, lai pārraidītu augstākas kārtas režīmus.Salīdzinot ar metāla sloksņu pretestības 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.
Pretestības slodzes un vājinātāji:
Tāpat kā jebkurai citai pārraides sistēmai, viļņvadiem dažreiz ir nepieciešama perfekta pretestības saskaņošana un noregulētas slodzes, lai pilnībā absorbētu ienākošos viļņus bez atstarošanas un būtu nejutīgi pret frekvenci.Viens šādu termināļu lietojums ir veikt dažādus jaudas mērījumus sistēmā, faktiski neizstarojot jaudu.
3. attēls viļņvada pretestības slodze (a) viena konusa (b) dubultā konusa
Visizplatītākā rezistīvā gala daļa ir zudumu dielektriķa daļa, kas uzstādīta viļņvada galā un konusveida (ar galu vērstu pret ienākošo vilni), lai neradītu atstarojumu.Šī vide ar zudumiem var aizņemt visu viļņvada platumu, vai arī tā var aizņemt tikai viļņvada gala centru, kā parādīts 3. attēlā. Konuss var būt viens vai divkāršs, un parasti tā garums ir λp/2, kuru kopējais garums ir aptuveni divi viļņu garumi.Parasti izgatavots no dielektriskām plāksnēm, piemēram, stikla, no ārpuses pārklātas ar oglekļa plēvi vai ūdens stiklu.Lieljaudas lietojumiem šādiem termināļiem var būt pievienotas siltuma izlietnes viļņvada ārpusei, un terminālim piegādātā jauda var tikt izkliedēta caur siltuma izlietni vai piespiedu gaisa dzesēšanu.
4. attēls. Kustīgs lāpstiņas vājinātājs
Dielektriskos vājinātājus var padarīt noņemamus, kā parādīts 4. attēlā. Novietots viļņvada vidū, to var pārvietot uz sāniem no viļņvada centra, kur tas 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. Atspīdumi no iekšējām viļņvada pārrāvumiem vai nepareizi izlīdzinātām viļņvada sekcijām
2. Zudumi, ko rada viļņvada sienās plūstoša strāva
3. Dielektriskie zudumi piepildītajos viļņvados
Pēdējie divi ir līdzīgi attiecīgajiem zudumiem koaksiālajās līnijās un abi ir salīdzinoši nelieli.Šis zudums ir atkarīgs 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.Ar sudraba pārklājumu viļņvadiem zudumi parasti ir 8 dB/100 m pie 35 GHz, 30 dB/100 m pie 70 GHz un gandrīz 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 augstas caurlaidības filtrs.Lai gan pats viļņvads ir praktiski bez zudumiem, frekvences, kas ir zem robežfrekvences, ir ievērojami vājinātas.Šī vājināšanās ir saistīta ar atstarošanu viļņvada mutē, nevis izplatīšanos.
Viļņvada savienojums:
Viļņvada savienojums parasti notiek caur atlokiem, kad viļņvada daļas vai sastāvdaļas ir savienotas kopā.Šī atloka funkcija ir nodrošināt vienmērīgu mehānisko 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 zinātniskos pētījumos.Tos izmanto, lai savienotu dažādas viļņvada sekcijas, nodrošinātu noplūdes un traucējumu novēršanu, kā arī uzturētu precīzu viļņvada izlīdzināšanu, lai nodrošinātu augstu uzticamu pārraidi un precīzu frekvences elektromagnētisko viļņu pozicionēšanu.Tipiskam viļņvadam ir atloks katrā galā, kā parādīts 5. attēlā.
5. attēls a) vienkāršs atloks; b) atloka savienojums.
Pie zemākām frekvencēm atloks tiks lodēts vai piemetināts pie viļņvada, savukārt augstākās frekvencēs tiek izmantots plakanāks sadurplakanais atloks.Savienojot divas daļas, atloki tiek pieskrūvēti kopā, bet galiem jābūt gludiem, lai izvairītos no savienojuma pārtraukumiem.Acīmredzot ir vieglāk pareizi izlīdzināt komponentus ar dažiem pielāgojumiem, tāpēc mazāki viļņvadi dažreiz ir aprīkoti ar vītņotiem atlokiem, kurus var pieskrūvēt 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 kļūst apgrūtinošāki.
6. attēls a) Droseles savienojuma šķērsgriezums; b) droseles atloka gala skats
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 apļveida droseles gredzens ar L-veida šķērsgriezumu, lai panāktu ciešāku savienojumu.Atšķirībā no parastajiem atlokiem, droseles atloki ir jutīgi pret frekvenci, taču optimizēta konstrukcija var nodrošināt saprātīgu joslas platumu (varbūt 10% no centrālās frekvences), kurā SWR nepārsniedz 1,05.
Izlikšanas laiks: 15. janvāris 2024. gada laikā
