Kaip pasiekti bangolaidžių impedanso suderinimą? Iš perdavimo linijų teorijos mikrojuostelinių antenų teorijoje žinome, kad norint pasiekti impedanso suderinimą tarp perdavimo linijų arba tarp perdavimo linijų ir apkrovų, taip pasiekiant maksimalų galios perdavimą ir minimalius atspindžio nuostolius, galima pasirinkti tinkamas nuosekliąsias arba lygiagrečias perdavimo linijas. Tas pats impedanso suderinimo mikrojuostelinėse linijose principas taikomas ir impedanso suderinimui bangolaidžiuose. Atspindžiai bangolaidžių sistemose gali sukelti impedanso neatitikimą. Kai impedansas pablogėja, sprendimas yra toks pat kaip ir perdavimo linijų atveju, t. y. reikia pakeisti reikiamą vertę. Sukauptoji impedansas išdėstomas iš anksto apskaičiuotuose bangolaidžio taškuose, kad būtų įveiktas neatitikimas ir taip pašalintas atspindžių poveikis. Nors perdavimo linijose naudojamos sukauptosios impedansai arba atšakos, bangolaidžiuose naudojami įvairių formų metaliniai blokai.
1 pav.: Bangolaidžio diafragmos ir ekvivalentinė grandinė, (a) talpinė; (b) indukcinė; (c) rezonansinė.
1 paveiksle parodyti skirtingi impedanso suderinimo tipai, kurie gali būti bet kuria iš parodytų formų ir gali būti talpiniai, indukciniai arba rezonansiniai. Matematinė analizė yra sudėtinga, bet fizinis paaiškinimas – ne. Atsižvelgiant į pirmąją talpinę metalinę juostelę paveiksle, matyti, kad potencialas, buvęs tarp bangolaidžio viršutinės ir apatinės sienelių (dominuojančioje modoje), dabar egzistuoja tarp dviejų arčiau esančių metalinių paviršių, todėl talpa padidėja. Priešingai, metalinis blokas 1b paveiksle leidžia srovei tekėti ten, kur ji anksčiau netekėjo. Dėl metalinio bloko pridėjimo srovė tekės anksčiau sustiprintoje elektrinio lauko plokštumoje. Todėl magnetiniame lauke vyksta energijos kaupimas, o induktyvumas tame bangolaidžio taške padidėja. Be to, jei metalinio žiedo forma ir padėtis c paveiksle yra pagrįstai suprojektuotos, įvesta indukcinė ir talpinė reaktyviosios varžos bus vienodos, o anga bus lygiagretaus rezonanso. Tai reiškia, kad pagrindinio modos impedanso suderinimas ir derinimas yra labai geras, o šio modos šuntavimo efektas bus nereikšmingas. Tačiau kiti režimai arba dažniai bus susilpninti, todėl rezonansinis metalinis žiedas veikia ir kaip juostinis, ir kaip režimų filtras.
2 pav.: (a) bangolaidžio stulpeliai; (b) dviejų varžtų atitikiklis
Aukščiau parodytas kitas derinimo būdas, kai cilindrinis metalinis stulpelis išsikiša iš vienos plačiosios pusės į bangolaidį ir atlieka tokį patį poveikį kaip ir metalinė juostelė, užtikrindamas sutelktąją reaktyviąją varžą tame taške. Metalinis stulpelis gali būti talpinis arba indukcinis, priklausomai nuo to, kiek jis išsikiša į bangolaidį. Iš esmės šis derinimo metodas yra toks, kad kai toks metalinis stulpelis šiek tiek išsikiša į bangolaidį, jis tame taške sukuria talpinę susceptyvumą, kuris didėja, kol prasiskverbimas pasiekia maždaug ketvirtį bangos ilgio. Šiuo metu įvyksta nuoseklusis rezonansas. Tolesnis metalinio stulpelio prasiskverbimas sukuria indukcinę susceptyvumą, kuris mažėja, kai įterpimas tampa vis pilnesnis. Rezonanso intensyvumas vidurio taško įrengimo metu yra atvirkščiai proporcingas stulpelio skersmeniui ir gali būti naudojamas kaip filtras, tačiau šiuo atveju jis naudojamas kaip juostos blokavimo filtras aukštesnės eilės modoms perduoti. Palyginti su metalinių juostelių varžos didinimu, pagrindinis metalinių stulpelių naudojimo privalumas yra tas, kad juos lengva reguliuoti. Pavyzdžiui, du varžtai gali būti naudojami kaip derinimo įtaisai, siekiant efektyvaus bangolaidžio suderinimo.
Varžinės apkrovos ir slopintuvai:
Kaip ir bet kuri kita perdavimo sistema, bangolaidžiai kartais reikalauja idealaus impedanso suderinimo ir suderintų apkrovų, kad visiškai sugertų įeinančias bangas be atspindžių ir būtų nejautrūs dažniui. Vienas iš tokių terminalų pritaikymo būdų yra atlikti įvairius sistemos galios matavimus, iš tikrųjų nespinduliuojant jokios galios.
3 pav. bangolaidžio varžos apkrova (a) viengubas kūgis (b) dvigubas kūgis
Dažniausias varžinis užbaigimas yra nuostolingo dielektriko atkarpa, įrengta bangolaidžio gale ir smailėjanti (galutinė dalis nukreipta į įeinančią bangą), kad nesukeltų atspindžių. Ši nuostolinga terpė gali užimti visą bangolaidžio plotį arba tik bangolaidžio galo centrą, kaip parodyta 3 paveiksle. Kūgis gali būti viengubas arba dvigubas ir paprastai jo ilgis yra λp/2, o bendras ilgis yra maždaug du bangos ilgiai. Paprastai jis gaminamas iš dielektrinių plokščių, tokių kaip stiklas, išorėje padengtų anglies plėvele arba skystuoju stiklu. Didelės galios taikymams tokie gnybtai gali turėti prie bangolaidžio išorės pridėtus radiatorius, o gnybtui tiekiama energija gali būti išsklaidoma per radiatorių arba priverstinio oro aušinimą.
4 pav. Judinamas mentinis slopintuvas
Dielektriniai slopintuvai gali būti nuimami, kaip parodyta 4 paveiksle. Įdėjus juos bangolaidžio viduryje, juos galima perkelti į šonus nuo bangolaidžio centro, kur jie užtikrins didžiausią slopinimą, iki kraštų, kur slopinimas labai sumažėja, nes dominuojančios modos elektrinio lauko stiprumas yra daug mažesnis.
Slopinimas bangolaidyje:
Bangolaidžių energijos slopinimas daugiausia apima šiuos aspektus:
1. Atspindžiai nuo vidinių bangolaidžio nelygumų arba nesuderintų bangolaidžio sekcijų
2. Nuostoliai, atsirandantys dėl srovės, tekančios bangolaidžio sienelėmis
3. Užpildytų bangolaidžių dielektriniai nuostoliai
Pastarieji du yra panašūs į atitinkamus nuostolius bendraašiuose laiduose ir abu yra santykinai maži. Šie nuostoliai priklauso nuo sienelės medžiagos ir jos šiurkštumo, naudojamo dielektriko ir dažnio (dėl paviršiaus efekto). Žalvarinių vamzdžių diapazonas yra nuo 4 dB/100 m esant 5 GHz dažniui iki 12 dB/100 m esant 10 GHz dažniui, tačiau aliuminio vamzdžių diapazonas yra mažesnis. Sidabruotų bangolaidžių nuostoliai paprastai yra 8 dB/100 m esant 35 GHz dažniui, 30 dB/100 m esant 70 GHz dažniui ir beveik 500 dB/100 m esant 200 GHz dažniui. Siekiant sumažinti nuostolius, ypač esant aukščiausiems dažniams, bangolaidžiai kartais (iš vidaus) padengiami auksu arba platina.
Kaip jau minėta, bangolaidis veikia kaip aukšto dažnio filtras. Nors pats bangolaidis praktiškai nepraranda nuostolių, dažniai, žemesni už ribinį dažnį, yra smarkiai susilpninti. Šis susilpnėjimas atsiranda dėl atspindžio bangolaidžio žiotyse, o ne dėl sklidimo.
Bangolaidžio jungtis:
Bangolaidžio sujungimas paprastai vyksta per flanšus, kai bangolaidžio dalys arba komponentai yra sujungti. Šio flanšo funkcija – užtikrinti sklandų mechaninį sujungimą ir tinkamas elektrines savybes, ypač mažą išorinę spinduliuotę ir mažą vidinį atspindį.
Flanšas:
Bangolaidžio flanšai plačiai naudojami mikrobangų ryšiuose, radarų sistemose, palydoviniame ryšiuose, antenų sistemose ir laboratorinėje įrangoje moksliniams tyrimams. Jie naudojami skirtingoms bangolaidžio sekcijoms sujungti, užtikrinti, kad nebūtų nuotėkio ir trukdžių, ir išlaikyti tikslų bangolaidžio suderinimą, siekiant užtikrinti aukšto dažnio elektromagnetinių bangų perdavimą ir tikslų jų išdėstymą. Tipiškas bangolaidis turi flanšą kiekviename gale, kaip parodyta 5 paveiksle.
5 pav. (a) paprastas flanšas; (b) flanšo jungtis.
Žemesniais dažniais flanšas bus lituojamas arba privirinamas prie bangolaidžio, o aukštesniais dažniais naudojamas plokštesnis plokščias flanšas. Kai sujungiamos dvi dalys, flanšai yra varžtais sujungti, tačiau galai turi būti apdirbti lygiai, kad būtų išvengta jungties nutrūkimų. Akivaizdu, kad lengviau teisingai sulygiuoti komponentus atliekant tam tikrus pakeitimus, todėl mažesni bangolaidžiai kartais turi srieginius flanšus, kuriuos galima prisukti žiedine veržle. Didėjant dažniui, bangolaidžio jungties dydis natūraliai mažėja, o jungties nutrūkimas tampa didesnis proporcingai signalo bangos ilgiui ir bangolaidžio dydžiui. Todėl nutrūkimai aukštesniuose dažniuose tampa problemiškesni.
6 pav. (a) Droselio jungties skerspjūvis; (b) Droselio flanšo vaizdas iš galo
Norint išspręsti šią problemą, tarp bangolaidžių galima palikti nedidelį tarpą, kaip parodyta 6 paveiksle. Droselio jungtis, sudaryta iš įprasto flanšo ir droselio flanšo, sujungtų kartu. Siekiant kompensuoti galimus nutrūkimus, droselio flanše naudojamas apskritas L formos skerspjūvio droselinis žiedas, kad būtų pasiektas tvirtesnis sujungimas. Skirtingai nuo įprastų flanšų, droseliniai flanšai yra jautrūs dažniui, tačiau optimizuota konstrukcija gali užtikrinti tinkamą pralaidumą (galbūt 10 % centrinio dažnio), per kurį SWR neviršija 1,05.
Įrašo laikas: 2024 m. sausio 15 d.
