Як дасягнуць узгаднення імпедансу хваляводаў? З тэорыі ліній перадачы ў тэорыі мікрапалосных антэн мы ведаем, што для дасягнення ўзгаднення імпедансу паміж лініямі перадачы або паміж лініямі перадачы і нагрузкамі, каб дасягнуць максімальнай перадачы магутнасці і мінімальных страт на адлюстраванне, можна выбраць адпаведныя паслядоўныя або паралельныя лініі перадачы. Той жа прынцып узгаднення імпедансу ў мікрапалосных лініях прымяняецца і да ўзгаднення імпедансу ў хваляводах. Адлюстраванні ў сістэмах хваляводаў могуць прывесці да неадпаведнасці імпедансу. Пры пагаршэнні імпедансу рашэнне такое ж, як і для ліній перадачы, гэта значыць змяненне неабходнага значэння. Згрупаваны імпеданс размяшчаецца ў загадзя разлічаных кропках хвалявода, каб пераадолець неадпаведнасць, тым самым ліквідуючы эфекты адлюстраванняў. У той час як у лініях перадачы выкарыстоўваюцца згрупаваныя імпедансы або шлейфы, у хваляводах выкарыстоўваюцца металічныя блокі рознай формы.
малюнак 1: Дыяфрагмы хвалявода і эквівалентная схема: (а) ёмістная; (б) індуктыўная; (в) рэзанансная.
На малюнку 1 паказаны розныя віды ўзгаднення імпедансу, якія могуць прымаць любую з паказаных формаў і быць ёмістным, індуктыўным або рэзанансным. Матэматычны аналіз складаны, але фізічнае тлумачэнне не. Разглядаючы першую ёмістную металічную палоску на малюнку, можна ўбачыць, што патэнцыял, які існаваў паміж верхняй і ніжняй сценкамі хвалявода (у дамінантным рэжыме), цяпер існуе паміж двума металічнымі паверхнямі, якія знаходзяцца бліжэй адзін да аднаго, таму ёмістасць павялічваецца. Наадварот, металічны блок на малюнку 1b дазваляе току цячы там, дзе ён раней не працякаў. Ток будзе працякаць у раней узмоцненай плоскасці электрычнага поля з-за дадання металічнага блока. Такім чынам, адбываецца назапашванне энергіі ў магнітным полі, і індуктыўнасць у гэтым пункце хвалявода павялічваецца. Акрамя таго, калі форма і становішча металічнага кольца на малюнку c распрацаваны разумна, індуктыўнае і ёмістнае рэактыўнае супраціўленне будуць роўнымі, а апертура будзе паралельна рэзананснай. Гэта азначае, што ўзгадненне імпедансу і налада асноўнага рэжыму вельмі добрыя, а шунтавальны эфект гэтага рэжыму будзе нязначным. Аднак іншыя моды або частоты будуць аслаблены, таму рэзананснае металічнае кольца дзейнічае як паласавы фільтр, так і модавы фільтр.
малюнак 2: (а) хваляводныя стойкі; (б) двухшрубавы супастаўляльнік
Вышэй паказаны іншы спосаб налады, дзе цыліндрычны металічны слупок выступае з аднаго з шырокіх бакоў у хвалявод, ствараючы той жа эфект, што і металічная паласа, з пункту гледжання забеспячэння скапіяванага рэактыўнага супраціву ў гэтай кропцы. Металічны слупок можа быць ёмістным або індуктыўным, у залежнасці ад таго, наколькі далёка ён выступае ў хвалявод. Па сутнасці, гэты метад узгаднення заключаецца ў тым, што калі такі металічны слупок злёгку выступае ў хвалявод, ён забяспечвае ёмістную суспрэсіўнасць у гэтай кропцы, і ёмістная суспрэсіўнасць павялічваецца, пакуль пранікненне не дасягне прыкладна чвэрці даўжыні хвалі. У гэтым пункце ўзнікае паслядоўны рэзананс. Далейшае пранікненне металічнага слупка прыводзіць да ўтварэння індуктыўнай суспрэсіўнасці, якая памяншаецца па меры больш поўнага ўстаўкі. Інтэнсіўнасць рэзанансу ў сярэдняй кропцы ўстаноўкі адваротна прапарцыйная дыяметру слупка і можа выкарыстоўвацца ў якасці фільтра, аднак у гэтым выпадку ён выкарыстоўваецца ў якасці фільтра-загародкі для перадачы мод вышэйшага парадку. У параўнанні з павелічэннем імпедансу металічных палосак, асноўная перавага выкарыстання металічных слупкоў заключаецца ў тым, што іх лёгка рэгуляваць. Напрыклад, два шрубы можна выкарыстоўваць у якасці настройвальных прылад для дасягнення эфектыўнага ўзгаднення хваляводаў.
Рэзістыўныя нагрузкі і атэнюатары:
Як і ў любой іншай сістэме перадачы, хваляводы часам патрабуюць ідэальнага ўзгаднення імпедансу і настроеных нагрузак, каб цалкам паглынаць уваходныя хвалі без адлюстравання і быць неадчувальнымі да частаты. Адным з прымяненняў такіх тэрміналаў з'яўляецца правядзенне розных вымярэнняў магутнасці ў сістэме без фактычнага выпраменьвання якой-небудзь магутнасці.
малюнак 3 супраціўленне хвалявода нагрузка (а) адзінарная канічнасць (б) падвойная канічнасць
Найбольш распаўсюджаным рэзістыўным заключэннем з'яўляецца ўчастак дыэлектрыка са стратамі, усталяваны ў канцы хвалявода і звужаны (з канцом, накіраваным у бок уваходнай хвалі), каб не выклікаць адлюстраванняў. Гэтае асяроддзе са стратамі можа займаць усю шырыню хвалявода або толькі цэнтр канца хвалявода, як паказана на малюнку 3. Звужэнне можа быць адзінарным або падвойным і звычайна мае даўжыню λp/2, з агульнай даўжынёй прыблізна двух даўжынь хваль. Звычайна вырабляюцца з дыэлектрычных пласцін, такіх як шкло, пакрытых вугляроднай плёнкай або вадкім шклом звонку. Для прымянення з высокай магутнасцю такія заключэнні могуць мець радыятары, дададзеныя звонку хвалявода, і магутнасць, якая падаецца на заключэнне, можа рассейвацца праз радыятар або праз прымусовае паветранае астуджэнне.
малюнак 4 Рухомы атэнюатар з лапаткай
Дыэлектрычныя атэнюатары можна зрабіць здымнымі, як паказана на малюнку 4. Размешчаныя ў сярэдзіне хвалявода, яны могуць перамяшчацца ў бакі ад цэнтра хвалявода, дзе яны забяспечваюць найбольшае аслабленне, да краёў, дзе аслабленне значна зніжаецца, паколькі напружанасць электрычнага поля дамінантнай моды значна ніжэйшая.
Згасанне ў хваляводзе:
Згасанне энергіі ў хваляводах у асноўным уключае наступныя аспекты:
1. Адлюстраванні ад унутраных разрываў хвалявода або няправільна выраўнаваных участкаў хвалявода
2. Страты, выкліканыя токам, які працякае праз сценкі хвалявода
3. Дыэлектрычныя страты ў запоўненых хваляводах
Апошнія два падобныя да адпаведных страт у кааксіяльных лініях і абодва адносна невялікія. Гэтыя страты залежаць ад матэрыялу сценкі і яе шурпатасці, выкарыстоўванага дыэлектрыка і частаты (з-за скін-эфекту). Для латуннага трубаправода дыяпазон складае ад 4 дБ/100 м пры 5 ГГц да 12 дБ/100 м пры 10 ГГц, але для алюмініевага трубаправода дыяпазон ніжэйшы. Для хваляводаў з пасярэбраным пакрыццём страты звычайна складаюць 8 дБ/100 м пры 35 ГГц, 30 дБ/100 м пры 70 ГГц і блізкія да 500 дБ/100 м пры 200 ГГц. Каб паменшыць страты, асабліва на самых высокіх частотах, хваляводы часам пакрываюць (знутры) золатам або плацінай.
Як ужо адзначалася, хвалявод дзейнічае як фільтр высокіх частот. Нягледзячы на тое, што сам хвалявод практычна не мае страт, частоты ніжэй за частату зрэзу значна аслабляюцца. Гэта аслабленне абумоўлена адлюстраваннем на вусці хвалявода, а не распаўсюджваннем.
Хвалевая сувязь:
Злучэнне хваляводаў звычайна адбываецца праз фланцы, калі часткі або кампаненты хваляводаў злучаюцца разам. Функцыя гэтага фланца заключаецца ў забеспячэнні плаўнага механічнага злучэння і адпаведных электрычных уласцівасцей, у прыватнасці, нізкага знешняга выпраменьвання і нізкага ўнутранага адлюстравання.
Фланец:
Фланцы хвалявода шырока выкарыстоўваюцца ў мікрахвалевай сувязі, радарных сістэмах, спадарожнікавай сувязі, антэнных сістэмах і лабараторным абсталяванні ў навуковых даследаваннях. Яны выкарыстоўваюцца для злучэння розных секцый хвалявода, прадухілення ўцечкі і перашкод, а таксама для падтрымання дакладнага выраўноўвання хвалявода для забеспячэння высокай надзейнасці перадачы і дакладнага пазіцыянавання электрамагнітных хваль пэўнай частаты. Тыповы хвалявод мае фланец на кожным канцы, як паказана на малюнку 5.
малюнак 5 (а) звычайны фланец; (б) фланцавае злучэнне.
На больш нізкіх частотах фланец будзе прывараны або прыпаяны да хвалявода, а на больш высокіх частотах выкарыстоўваецца больш плоскі фланец з больш плоскім стыкам. Калі дзве дэталі злучаюцца, фланцы змацоўваюцца балтамі, але канцы павінны быць гладка апрацаваны, каб пазбегнуць разрываў у злучэнні. Відавочна, што лягчэй правільна выраўнаваць кампаненты з некаторымі карэкціроўкамі, таму меншыя хваляводы часам абсталёўваюцца разьбовымі фланцамі, якія можна зкруціць разам з дапамогай кальцавой гайкі. Па меры павелічэння частаты памер злучэння хвалявода натуральным чынам памяншаецца, і разрыў злучэння становіцца большым прапарцыйна даўжыні хвалі сігналу і памеру хвалявода. Такім чынам, разрывы на больш высокіх частотах становяцца больш праблематычнымі.
малюнак 6 (а) Папярочны разрэз дросельнай муфты; (б) выгляд з тарца фланца дросельнай засланкі
Каб вырашыць гэтую праблему, паміж хваляводамі можна пакінуць невялікі зазор, як паказана на малюнку 6. Дросельная муфта складаецца са звычайнага фланца і дросельнага фланца, злучаных разам. Для кампенсацыі магчымых разрываў у дросельным фланцы выкарыстоўваецца круглае дросельнае кольца з L-вобразным папярочным сячэннем для дасягнення больш шчыльнага злучэння. У адрозненне ад звычайных фланцаў, дросельныя фланцы адчувальныя да частаты, але аптымізаваная канструкцыя можа забяспечыць разумную паласу прапускання (магчыма, 10% ад цэнтральнай частаты), на якой КСВ не перавышае 1,05.
Час публікацыі: 15 студзеня 2024 г.
