Como conseguir a correspondencia de impedancia das guías de onda?A partir da teoría da liña de transmisión na teoría da antena microstrip, sabemos que se poden seleccionar liñas de transmisión en serie ou paralelas adecuadas para lograr a correspondencia de impedancia entre liñas de transmisión ou entre liñas de transmisión e cargas para conseguir a máxima transmisión de potencia e a mínima perda de reflexión.O mesmo principio de adaptación de impedancia nas liñas de microtiras aplícase á adaptación de impedancia nas guías de onda.Os reflexos nos sistemas de guía de ondas poden provocar desajustes de impedancia.Cando se produce o deterioro da impedancia, a solución é a mesma que para as liñas de transmisión, é dicir, cambiando o valor necesario. A impedancia acumulada colócase en puntos precalculados da guía de ondas para superar o desaxuste, eliminando así os efectos das reflexións.Mentres que as liñas de transmisión usan impedancias concentradas ou puntas, as guías de ondas usan bloques metálicos de varias formas.
Figura 1: Iris de guía de ondas e circuíto equivalente,(a)Capacitivo;(b)indutivo;(c)resonante.
A figura 1 mostra os diferentes tipos de adaptación de impedancia, tomando calquera das formas mostradas e poden ser capacitivas, indutivas ou resonantes.A análise matemática é complexa, pero a explicación física non.Considerando a primeira tira metálica capacitiva da figura, pódese ver que o potencial que existía entre as paredes superior e inferior da guía de ondas (no modo dominante) agora existe entre as dúas superficies metálicas máis próximas, polo que a capacitancia é O aumentos de puntos.Pola contra, o bloque metálico da Figura 1b permite que a corrente flúa onde antes non circulaba.Haberá fluxo de corrente no plano de campo eléctrico mellorado anteriormente debido á adición do bloque metálico.Polo tanto, o almacenamento de enerxía prodúcese no campo magnético e a inductancia nese punto da guía de ondas aumenta.Ademais, se a forma e posición do anel metálico da figura c están deseñadas de forma razoable, a reactancia indutiva e capacitiva introducidas serán iguais e a apertura será de resonancia paralela.Isto significa que a adaptación da impedancia e a afinación do modo principal son moi boas e o efecto de derivación deste modo será insignificante.Non obstante, outros modos ou frecuencias atenuaranse, polo que o anel metálico resonante actúa tanto como filtro pasabanda como filtro de modo.
Figura 2: (a) postes de guía de ondas; (b) emparejador de dous parafusos
Outra forma de sintonizar móstrase arriba, onde un poste metálico cilíndrico esténdese desde un dos lados anchos ata a guía de ondas, tendo o mesmo efecto que unha tira metálica en canto a proporcionar reactancia acumulada nese punto.O poste metálico pode ser capacitivo ou indutivo, dependendo de ata onde se estenda na guía de ondas.Esencialmente, este método de coincidencia é que, cando un piar metálico deste tipo se estende lixeiramente na guía de ondas, proporciona unha susceptancia capacitiva nese punto e a susceptancia capacitiva aumenta ata que a penetración é de aproximadamente un cuarto de lonxitude de onda. Neste punto, prodúcese a resonancia en serie. .Unha maior penetración do poste metálico dá como resultado unha susceptancia indutiva que diminúe a medida que a inserción se fai máis completa.A intensidade de resonancia na instalación do punto medio é inversamente proporcional ao diámetro da columna e pódese usar como filtro, non obstante, neste caso úsase como filtro de parada de banda para transmitir modos de orde superior.En comparación co aumento da impedancia das tiras metálicas, unha vantaxe importante de usar postes metálicos é que son fáciles de axustar.Por exemplo, pódense usar dous parafusos como dispositivos de sintonización para conseguir unha correspondencia eficiente da guía de ondas.
Cargas resistivas e atenuadores:
Como calquera outro sistema de transmisión, as guías de onda ás veces requiren unha perfecta adaptación de impedancia e cargas sintonizadas para absorber totalmente as ondas entrantes sen reflexión e para ser insensibles á frecuencia.Unha aplicación para tales terminais é facer varias medicións de potencia no sistema sen irradiar ningunha potencia.
Figura 3 carga de resistencia da guía de ondas (a) conicidade simple (b) conicidade dobre
A terminación resistiva máis común é unha sección de dieléctrico con perdas instalada no extremo da guía de ondas e ahusada (coa punta apuntada cara á onda entrante) para non provocar reflexións.Este medio con perdas pode ocupar toda a anchura da guía de ondas, ou pode ocupar só o centro do extremo da guía de ondas, como se mostra na Figura 3. A conicidade pode ser simple ou dobre e normalmente ten unha lonxitude de λp/2, cunha lonxitude total de aproximadamente dúas lonxitudes de onda.Adoita facerse con placas dieléctricas como o vidro, recubertas con película de carbono ou vidro de auga no exterior.Para aplicacións de alta potencia, estes terminais poden ter disipadores de calor engadidos ao exterior da guía de ondas, e a potencia entregada ao terminal pódese disipar a través do disipador de calor ou mediante o arrefriamento forzado por aire.
figura 4 Atenuador de paletas móbiles
Os atenuadores dieléctricos pódense facer extraíbles como se mostra na figura 4. Colocado no medio da guía de ondas, pódese mover lateralmente desde o centro da guía de ondas, onde proporcionará a maior atenuación, ata os bordos, onde a atenuación é moi reducida. xa que a intensidade do campo eléctrico do modo dominante é moito menor.
Atenuación en guía de onda:
A atenuación de enerxía das guías de onda inclúe principalmente os seguintes aspectos:
1. Reflexións de descontinuidades internas da guía de ondas ou seccións desalineadas da guía de ondas
2. Perdas causadas pola corrente que circula polas paredes das guías de ondas
3. Perdas dieléctricas en guías de onda cheas
As dúas últimas son similares ás perdas correspondentes nas liñas coaxiais e ambas son relativamente pequenas.Esta perda depende do material da parede e da súa rugosidade, do dieléctrico empregado e da frecuencia (debido ao efecto pel).Para o conduto de latón, o rango é de 4 dB/100m a 5 GHz ata 12 dB/100m a 10 GHz, pero para o conduto de aluminio, o rango é menor.Para as guías de ondas revestidas de prata, as perdas son normalmente de 8 dB/100 m a 35 GHz, 30 dB/100 m a 70 GHz e preto de 500 dB/100 m a 200 GHz.Para reducir as perdas, especialmente nas frecuencias máis altas, ás veces as guías de onda están chapadas (internamente) con ouro ou platino.
Como xa se indicou, a guía de ondas actúa como un filtro de paso alto.Aínda que a propia guía de ondas é practicamente sen perdas, as frecuencias por debaixo da frecuencia de corte atenuanse gravemente.Esta atenuación débese á reflexión na boca da guía de ondas máis que á propagación.
Acoplamento de guía de ondas:
O acoplamento da guía de ondas ocorre normalmente a través de bridas cando as pezas ou compoñentes da guía de ondas están unidas entre si.A función desta brida é garantir unha conexión mecánica suave e propiedades eléctricas adecuadas, en particular baixa radiación externa e baixa reflexión interna.
Brida:
As bridas de guía de ondas úsanse amplamente en comunicacións por microondas, sistemas de radar, comunicacións por satélite, sistemas de antenas e equipos de laboratorio na investigación científica.Utilízanse para conectar diferentes seccións de guía de ondas, garantir que se impidan fugas e interferencias e manter o aliñamento preciso da guía de ondas para garantir unha alta transmisión fiable e un posicionamento preciso das ondas electromagnéticas de frecuencia.Unha guía de onda típica ten unha brida en cada extremo, como se mostra na Figura 5.
Figura 5 (a)brida lisa;(b)acoplamento de brida.
A frecuencias máis baixas, a brida soldarase ou soldada á guía de ondas, mentres que a frecuencias máis altas utilízase unha brida plana máis plana.Cando se unen dúas partes, as bridas están atornilladas, pero os extremos deben rematar suavemente para evitar descontinuidades na conexión.Obviamente, é máis fácil aliñar os compoñentes correctamente con algúns axustes, polo que as guías de onda máis pequenas ás veces están equipadas con bridas roscadas que se poden atornillar cunha porca de anel.A medida que aumenta a frecuencia, o tamaño do acoplamento da guía de ondas diminúe naturalmente e a descontinuidade do acoplamento faise maior en proporción á lonxitude de onda do sinal e ao tamaño da guía de ondas.Polo tanto, as descontinuidades a frecuencias máis altas fanse máis problemáticas.
Figura 6 (a) Sección transversal do acoplamento do estrangulador; (b) Vista final da brida do estrangulador
Para resolver este problema, pódese deixar un pequeno espazo entre as guías de ondas, como se mostra na Figura 6. Un acoplamento de estrangulación que consiste nunha brida común e unha brida de estrangulamento conectadas entre si.Para compensar as posibles descontinuidades, utilízase un anel de estrangulamento circular cunha sección transversal en forma de L na brida do estrangulador para conseguir unha conexión máis estreita.A diferenza das bridas comúns, as bridas de estrangulamento son sensibles á frecuencia, pero un deseño optimizado pode garantir un ancho de banda razoable (quizais o 10% da frecuencia central) sobre o cal o SWR non supere 1,05.
Hora de publicación: 15-xan-2024
