Hoe om impedansie-ooreenstemming van golfgidse te bereik? Uit die transmissielynteorie in mikrostrip-antenneteorie weet ons dat gepaste serie- of parallelle transmissielyne gekies kan word om impedansie-ooreenstemming tussen transmissielyne of tussen transmissielyne en laste te bereik om maksimum kragoordrag en minimum refleksieverlies te bereik. Dieselfde beginsel van impedansie-ooreenstemming in mikrostriplyne geld vir impedansie-ooreenstemming in golfgidse. Refleksies in golfgidsestelsels kan lei tot impedansie-wanpassings. Wanneer impedansie-verswakking plaasvind, is die oplossing dieselfde as vir transmissielyne, dit wil sê, die verandering van die vereiste waarde. Die gekonsentreerde impedansie word op voorafberekende punte in die golfgidse geplaas om die wanpassing te oorkom, waardeur die effekte van refleksies uitgeskakel word. Terwyl transmissielyne gekonsentreerde impedansies of stompe gebruik, gebruik golfgidse metaalblokke van verskillende vorms.
Figuur 1: Golfgeleier-irisse en ekwivalente stroombaan, (a) Kapasitief; (b) induktief; (c) resonant.
Figuur 1 toon die verskillende soorte impedansie-aanpassing, wat enige van die getoonde vorms aanneem en kapasitief, induktief of resonant kan wees. Die wiskundige analise is kompleks, maar die fisiese verduideliking is nie. As ons die eerste kapasitiewe metaalstrook in die figuur beskou, kan gesien word dat die potensiaal wat tussen die bo- en onderwande van die golfgeleier (in die dominante modus) bestaan het, nou tussen die twee metaaloppervlaktes in nader aan mekaar bestaan, dus neem die kapasitansie by die punt toe. In teenstelling hiermee laat die metaalblok in Figuur 1b stroom vloei waar dit nie voorheen gevloei het nie. Daar sal stroomvloei in die voorheen verbeterde elektriese veldvlak wees as gevolg van die byvoeging van die metaalblok. Daarom vind energieberging in die magnetiese veld plaas en die induktansie by daardie punt van die golfgeleier neem toe. Boonop, as die vorm en posisie van die metaalring in Figuur c redelik ontwerp is, sal die induktiewe reaktansie en kapasitiewe reaktansie wat ingebring word, gelyk wees, en die opening sal parallelle resonansie wees. Dit beteken dat die impedansie-aanpassing en afstemming van die hoofmodus baie goed is, en die shunt-effek van hierdie modus sal weglaatbaar wees. Ander modusse of frekwensies sal egter verswak word, dus die resonante metaalring dien as beide 'n banddeurlaatfilter en 'n modusfilter.
figuur 2:(a) golfgeleierposte;(b) tweeskroef-aanpasser
Nog 'n manier om af te stem word hierbo getoon, waar 'n silindriese metaalpaal van een van die wye kante in die golfgeleier uitsteek, wat dieselfde effek as 'n metaalstrook het in terme van die verskaffing van gekonsentreerde reaktansie by daardie punt. Die metaalpaal kan kapasitief of induktief wees, afhangende van hoe ver dit in die golfgeleier uitsteek. Hierdie aanpassingsmetode is in wese dat wanneer so 'n metaalpilaar effens in die golfgeleier uitsteek, dit 'n kapasitiewe suseptansie by daardie punt verskaf, en die kapasitiewe suseptansie neem toe totdat die penetrasie ongeveer 'n kwart van 'n golflengte is. Op hierdie punt vind serieresonansie plaas. Verdere penetrasie van die metaalpaal lei tot 'n induktiewe suseptansie wat afneem namate die invoeging meer volledig word. Die resonansie-intensiteit by die middelpuntinstallasie is omgekeerd eweredig aan die deursnee van die kolom en kan as 'n filter gebruik word, maar in hierdie geval word dit as 'n bandstopfilter gebruik om hoër-orde modusse oor te dra. In vergelyking met die verhoging van die impedansie van metaalstroke, is 'n groot voordeel van die gebruik van metaalpale dat hulle maklik is om aan te pas. Byvoorbeeld, twee skroewe kan as afstemtoestelle gebruik word om doeltreffende golfgeleier-aanpassing te bereik.
Weerstandige laste en verswakkers:
Soos enige ander transmissiestelsel, vereis golfgidse soms perfekte impedansie-ooreenstemming en afgestemde laste om inkomende golwe ten volle te absorbeer sonder weerkaatsing en om frekwensie-ongevoelig te wees. Een toepassing vir sulke terminale is om verskeie kragmetings op die stelsel te maak sonder om eintlik enige krag uit te straal.
figuur 3 golfgeleierweerstandsbelasting (a) enkeltaps (b) dubbeltaps
Die mees algemene weerstandsterminasie is 'n gedeelte van 'n verliesdraende diëlektrikum wat aan die einde van die golfgeleier geïnstalleer is en taps is (met die punt na die inkomende golf gerig) om nie refleksies te veroorsaak nie. Hierdie verliesdraende medium kan die hele breedte van die golfgeleier beslaan, of dit kan slegs die middelpunt van die einde van die golfgeleier beslaan, soos getoon in Figuur 3. Die tapsheid kan enkel- of dubbeltaps wees en het tipies 'n lengte van λp/2, met 'n totale lengte van ongeveer twee golflengtes. Gewoonlik gemaak van diëlektriese plate soos glas, bedek met koolstoffilm of waterglas aan die buitekant. Vir hoëkragtoepassings kan sulke terminale hitteafleiers aan die buitekant van die golfgeleier hê, en die krag wat aan die terminaal gelewer word, kan deur die hitteafleier of deur geforseerde lugverkoeling versprei word.
figuur 4 Beweegbare vaanverswakker
Diëlektriese verswakkers kan verwyderbaar gemaak word soos getoon in Figuur 4. Geplaas in die middel van die golfgeleier, kan dit lateraal geskuif word vanaf die middelpunt van die golfgeleier, waar dit die grootste verswakking sal bied, na die rande, waar die verswakking aansienlik verminder word aangesien die elektriese veldsterkte van die dominante modus baie laer is.
Verswakking in golfgeleier:
Die energieverswakking van golfgidse sluit hoofsaaklik die volgende aspekte in:
1. Refleksies van interne golfgeleier-diskontinuïteite of verkeerd belynde golfgeleier-seksies
2. Verliese veroorsaak deur stroom wat in golfgeleierwande vloei
3. Diëlektriese verliese in gevulde golfgidse
Die laaste twee is soortgelyk aan die ooreenstemmende verliese in koaksiale lyne en is albei relatief klein. Hierdie verlies hang af van die wandmateriaal en die ruheid daarvan, die diëlektrikum wat gebruik word en die frekwensie (as gevolg van die vel-effek). Vir koperbuise is die reeks van 4 dB/100m teen 5 GHz tot 12 dB/100m teen 10 GHz, maar vir aluminiumbuise is die reeks laer. Vir silwerbedekte golfgidse is verliese tipies 8dB/100m teen 35 GHz, 30dB/100m teen 70 GHz, en naby 500 dB/100m teen 200 GHz. Om verliese te verminder, veral by die hoogste frekwensies, word golfgidse soms (intern) met goud of platinum geplateer.
Soos reeds uitgewys, tree die golfgeleier op as 'n hoogdeurlaatfilter. Alhoewel die golfgeleier self feitlik verliesloos is, word frekwensies onder die afsnyfrekwensie erg verswak. Hierdie verswakking is te wyte aan weerkaatsing by die golfgeleiermond eerder as voortplanting.
Golfgeleierkoppeling:
Golfgeleierkoppeling vind gewoonlik deur flense plaas wanneer golfgeleierstukke of -komponente aan mekaar verbind word. Die funksie van hierdie flens is om 'n gladde meganiese verbinding en geskikte elektriese eienskappe te verseker, veral lae eksterne straling en lae interne weerkaatsing.
Flens:
Golfgeleierflense word wyd gebruik in mikrogolfkommunikasie, radarstelsels, satellietkommunikasie, antennastelsels en laboratoriumtoerusting in wetenskaplike navorsing. Hulle word gebruik om verskillende golfgeleierseksies te verbind, te verseker dat lekkasie en interferensie voorkom word, en om presiese belyning van die golfgeleier te handhaaf om hoë betroubare transmissie en presiese posisionering van frekwensie elektromagnetiese golwe te verseker. 'n Tipiese golfgeleier het 'n flens aan elke kant, soos getoon in Figuur 5.
figuur 5 (a) gewone flens; (b) flenskoppeling.
By laer frekwensies sal die flens aan die golfgeleier gesoldeer of gesweis word, terwyl by hoër frekwensies 'n platter, stomp plat flens gebruik word. Wanneer twee dele verbind word, word die flense aan mekaar vasgebout, maar die punte moet glad afgewerk word om diskontinuïteite in die verbinding te vermy. Dit is natuurlik makliker om die komponente korrek in lyn te bring met 'n paar aanpassings, daarom word kleiner golfgidse soms toegerus met skroefdraadflense wat met 'n ringmoer aanmekaar geskroef kan word. Soos die frekwensie toeneem, neem die grootte van die golfgeleierkoppeling natuurlik af, en die koppeldiskontinuïteit word groter in verhouding tot die seingolflengte en golfgeleiergrootte. Daarom word diskontinuïteite by hoër frekwensies meer problematies.
figuur 6 (a) Dwarssnit van smoorklepkoppeling; (b) eindaansig van smoorklepflens
Om hierdie probleem op te los, kan 'n klein gaping tussen die golfgidse gelaat word, soos getoon in Figuur 6. 'n Smoorspoelkoppeling wat bestaan uit 'n gewone flens en 'n smoorspoelflens wat aan mekaar gekoppel is. Om te kompenseer vir moontlike diskontinuïteite, word 'n sirkelvormige smoorspoelring met 'n L-vormige dwarssnit in die smoorspoelflens gebruik om 'n stywer passende verbinding te verkry. Anders as gewone flense, is smoorspoelflense frekwensie-sensitief, maar 'n geoptimaliseerde ontwerp kan 'n redelike bandwydte (miskien 10% van die middelfrekwensie) verseker waaroor die SWR nie 1.05 oorskry nie.
Plasingstyd: 15 Januarie 2024
