Com aconseguir la concordança d'impedància de les guies d'ona?A partir de la teoria de la línia de transmissió en la teoria de l'antena microstrip, sabem que es poden seleccionar línies de transmissió en sèrie o paral·leles adequades per aconseguir l'adaptació d'impedància entre línies de transmissió o entre línies de transmissió i càrregues per aconseguir la màxima transmissió de potència i la mínima pèrdua de reflexió.El mateix principi de concordança d'impedància a les línies de microstrip s'aplica a la concordança d'impedància en guies d'ona.Els reflexos en els sistemes de guies d'ona poden provocar desajustos d'impedància.Quan es produeix un deteriorament de la impedància, la solució és la mateixa que per a les línies de transmissió, és a dir, canviant el valor requerit. La impedància concentrada es col·loca en punts precalculats de la guia d'ones per superar el desajust, eliminant així els efectes de les reflexions.Mentre que les línies de transmissió utilitzen impedàncies concentrades o talls, les guies d'ones utilitzen blocs metàl·lics de diverses formes.
figura 1: iris de guia d'ones i circuit equivalent, (a) capacitiu; (b) inductiu; (c) ressonant.
La figura 1 mostra els diferents tipus de concordança d'impedància, prenent qualsevol de les formes mostrades i poden ser capacitives, inductives o ressonants.L'anàlisi matemàtica és complexa, però l'explicació física no.Tenint en compte la primera tira metàl·lica capacitiva de la figura, es pot veure que el potencial que existia entre les parets superior i inferior de la guia d'ones (en el mode dominant) ara existeix entre les dues superfícies metàl·liques més properes, de manera que la capacitat és El augmenta el punt.En canvi, el bloc metàl·lic de la figura 1b permet que el corrent flueixi per on abans no circulava.Hi haurà flux de corrent al pla de camp elèctric millorat anteriorment a causa de l'addició del bloc metàl·lic.Per tant, l'emmagatzematge d'energia es produeix al camp magnètic i la inductància en aquest punt de la guia d'ones augmenta.A més, si la forma i la posició de l'anell metàl·lic de la figura c es dissenyen raonablement, la reactància inductiva i la reactància capacitiva introduïdes seran iguals i l'obertura serà de ressonància paral·lela.Això vol dir que la concordança i l'ajust de la impedància del mode principal són molt bones i l'efecte de derivació d'aquest mode serà insignificant.Tanmateix, altres modes o freqüències s'atenuaran, de manera que l'anell metàl·lic ressonant actua tant com a filtre passabanda com a filtre de mode.
figura 2: (a) pals de guia d'ones; (b) emparellador de dos cargols
A dalt es mostra una altra manera de sintonitzar, on un pal metàl·lic cilíndric s'estén des d'un dels costats amples a la guia d'ones, tenint el mateix efecte que una cinta metàl·lica en termes de proporcionar una reactància concentrada en aquest punt.El pal metàl·lic pot ser capacitiu o inductiu, depenent de fins a quin punt s'estén a la guia d'ones.Essencialment, aquest mètode de concordança és que quan un pilar metàl·lic d'aquest tipus s'estén lleugerament a la guia d'ona, proporciona una susceptància capacitiva en aquest punt, i la susceptància capacitiva augmenta fins que la penetració és d'aproximadament un quart de longitud d'ona. En aquest punt, es produeix una ressonància en sèrie. .Una penetració addicional del pal metàl·lic fa que es proporcioni una susceptància inductiva que disminueix a mesura que la inserció es fa més completa.La intensitat de ressonància a la instal·lació del punt mitjà és inversament proporcional al diàmetre de la columna i es pot utilitzar com a filtre, però en aquest cas s'utilitza com a filtre de parada de banda per transmetre modes d'ordre superior.En comparació amb l'augment de la impedància de les tires metàl·liques, un avantatge important d'utilitzar pals metàl·lics és que són fàcils d'ajustar.Per exemple, es poden utilitzar dos cargols com a dispositius de sintonització per aconseguir una concordança eficient de la guia d'ona.
Càrregues resistives i atenuadors:
Com qualsevol altre sistema de transmissió, les guies d'ones de vegades requereixen una adaptació perfecta d'impedància i càrregues sintonitzades per absorbir completament les ones entrants sense reflexió i per ser insensibles a la freqüència.Una aplicació per a aquests terminals és fer diverses mesures de potència al sistema sense radiar cap potència.
figura 3 càrrega de resistència de guia d'ones (a) conicitat simple (b) conicitat doble
La terminació resistiva més comuna és una secció de dielèctric amb pèrdues instal·lada a l'extrem de la guia d'ones i afilada (amb la punta apuntada cap a l'ona entrant) per no provocar reflexos.Aquest medi amb pèrdues pot ocupar tota l'amplada de la guia d'ona, o pot ocupar només el centre de l'extrem de la guia d'ona, tal com es mostra a la figura 3. La conicitat pot ser simple o doble i normalment té una longitud de λp/2, amb una longitud total d'aproximadament dues longituds d'ona.Generalment fet de plaques dielèctriques com el vidre, recobertes amb pel·lícula de carboni o vidre d'aigua a l'exterior.Per a aplicacions d'alta potència, aquests terminals poden tenir dissipadors de calor afegits a l'exterior de la guia d'ones i la potència lliurada al terminal es pot dissipar a través del dissipador de calor o mitjançant la refrigeració per aire forçat.
figura 4 Atenuador de pales mòbils
Els atenuadors dielèctrics es poden fer desmuntables com es mostra a la figura 4. Col·locat al centre de la guia d'ones, es pot moure lateralment des del centre de la guia d'ones, on proporcionarà la major atenuació, fins a les vores, on l'atenuació es redueix molt. ja que la intensitat del camp elèctric del mode dominant és molt menor.
Atenuació a la guia d'ona:
L'atenuació energètica de les guies d'ones inclou principalment els aspectes següents:
1. Reflexions de discontinuïtats de guies d'ones internes o seccions de guies d'ones desalineades
2. Pèrdues provocades pel corrent que circula per les parets de les guies d'ones
3. Pèrdues dielèctriques en guies d'ones plenes
Els dos últims són similars a les pèrdues corresponents a les línies coaxials i ambdues són relativament petites.Aquesta pèrdua depèn del material de la paret i de la seva rugositat, del dielèctric utilitzat i de la freqüència (a causa de l'efecte pell).Per al conducte de llautó, el rang és de 4 dB/100m a 5 GHz fins a 12 dB/100m a 10 GHz, però per al conducte d'alumini, el rang és inferior.Per a les guies d'ona recobertes de plata, les pèrdues solen ser de 8 dB/100 m a 35 GHz, 30 dB/100 m a 70 GHz i properes a 500 dB/100 m a 200 GHz.Per reduir les pèrdues, especialment a les freqüències més altes, les guies d'ones de vegades estan xapades (interiorment) amb or o platí.
Com ja s'ha assenyalat, la guia d'ones actua com un filtre de pas alt.Tot i que la guia d'ona en si és pràcticament sense pèrdues, les freqüències per sota de la freqüència de tall es veuen molt atenuades.Aquesta atenuació es deu a la reflexió a la boca de la guia d'ona més que a la propagació.
Acoblament de guia d'ones:
L'acoblament de la guia d'ones sol produir-se a través de brides quan s'uneixen peces o components de guia d'ones.La funció d'aquesta brida és garantir una connexió mecànica suau i propietats elèctriques adequades, en particular baixa radiació externa i poca reflexió interna.
Brida:
Les brides de guia d'ones s'utilitzen àmpliament en comunicacions per microones, sistemes de radar, comunicacions per satèl·lit, sistemes d'antena i equips de laboratori en investigació científica.S'utilitzen per connectar diferents seccions de guia d'ones, garantir que s'eviten les fuites i les interferències i mantenir l'alineació precisa de la guia d'ones per garantir una transmissió altament fiable i un posicionament precís de les ones electromagnètiques de freqüència.Una guia d'ones típica té una brida a cada extrem, tal com es mostra a la figura 5.
figura 5 (a) brida plana; (b) acoblament de brida.
A freqüències més baixes, la brida es soldarà o es soldarà a la guia d'ones, mentre que a freqüències més altes s'utilitza una brida plana més plana.Quan s'uneixen dues parts, les brides es cargolen juntes, però els extrems s'han d'acabar sense problemes per evitar discontinuïtats en la connexió.Òbviament, és més fàcil alinear correctament els components amb alguns ajustos, de manera que les guies d'ona més petites de vegades estan equipades amb brides roscades que es poden cargolar amb una femella.A mesura que augmenta la freqüència, la mida de l'acoblament de la guia d'ona disminueix naturalment i la discontinuïtat de l'acoblament es fa més gran en proporció a la longitud d'ona del senyal i la mida de la guia d'ona.Per tant, les discontinuïtats a freqüències més altes es tornen més molestes.
figura 6 (a) Secció transversal de l'acoblament de l'estrangulador; (b) vista final de la brida de l'obturador
Per resoldre aquest problema, es pot deixar un petit espai entre les guies d'ona, tal com es mostra a la figura 6. Un acoblament d'obstrucció que consisteix en una brida normal i una brida d'obstrucció connectades entre si.Per compensar les possibles discontinuïtats, s'utilitza un anell d'obturació circular amb una secció transversal en forma de L a la brida de l'obturador per aconseguir una connexió més estreta.A diferència de les brides ordinàries, les brides d'obstrucció són sensibles a la freqüència, però un disseny optimitzat pot garantir un ample de banda raonable (potser el 10% de la freqüència central) sobre el qual el SWR no superi l'1,05.
Hora de publicació: 15-gen-2024
