Како постићи усклађивање импедансе таласовода? Из теорије далековода у теорији микротракастих антена, знамо да се одговарајући серијски или паралелни далеководи могу одабрати да би се постигло усклађивање импедансе између далековода или између далековода и оптерећења како би се постигао максималан пренос снаге и минимални губитак рефлексије. Исти принцип усклађивања импедансе у микротракастим водовима примењује се и на усклађивање импедансе у таласоводима. Рефлексије у системима таласовода могу довести до неусклађивања импедансе. Када дође до погоршања импедансе, решење је исто као и за далеководе, односно промена потребне вредности. Згуснута импеданса се поставља на унапред израчунате тачке у таласоводу како би се превазишло неусклађивање, чиме се елиминишу ефекти рефлексија. Док далеководи користе згуснуте импедансе или кракове, таласоводи користе металне блокове различитих облика.
слика 1: Ириси таласовода и еквивалентно коло, (а) капацитивни; (б) индуктивни; (ц) резонантни.
Слика 1 приказује различите врсте импедансног подударања, које могу бити капацитивне, индуктивне или резонантне. Математичка анализа је сложена, али физичко објашњење није. Посматрајући прву капацитивну металну траку на слици, може се видети да потенцијал који је постојао између горњег и доњег зида таласовода (у доминантном моду) сада постоји између две металне површине у ближој близини, тако да се капацитивност повећава. Насупрот томе, метални блок на слици 1б омогућава струји да тече тамо где раније није текла. Доћи ће до протока струје у претходно појачаној равни електричног поља због додавања металног блока. Стога, складиштење енергије се дешава у магнетном пољу и индуктивност у тој тачки таласовода се повећава. Поред тога, ако су облик и положај металног прстена на слици ц разумно дизајнирани, уведена индуктивна и капацитивна реактанса биће једнаке, а отвор бленде ће бити паралелно резонантан. То значи да је импедансно подударање и подешавање главног мода веома добро, а ефекат ранжирања овог мода ће бити занемарљив. Међутим, други модови или фреквенције ће бити ослабљени, тако да резонантни метални прстен делује и као пропусни филтер и као модални филтер.
слика 2: (а) стубови таласовода; (б) двошрафни усклађивач
Други начин подешавања је приказан горе, где се цилиндрични метални стуб протеже са једне од ширих страна у таласовод, имајући исти ефекат као метална трака у смислу обезбеђивања концентрисане реактансе у тој тачки. Метални стуб може бити капацитивни или индуктивни, у зависности од тога колико се протеже у таласовод. У суштини, овај метод подударања је да када се такав метални стуб благо протеже у таласовод, он обезбеђује капацитивну сусцептансу у тој тачки, а капацитивна сусцептанса се повећава док пенетрација не достигне око четвртине таласне дужине. У овој тачки долази до серијске резонанце. Даља пенетрација металног стуба резултира обезбеђивањем индуктивне сусцептансе која се смањује како уметање постаје потпуније. Интензитет резонанције у средњој тачки инсталације је обрнуто пропорционалан пречнику стуба и може се користити као филтер, међутим, у овом случају се користи као филтер за заустављање опсега за пренос модова вишег реда. У поређењу са повећањем импедансе металних трака, главна предност коришћења металних стубова је у томе што се лако подешавају. На пример, два завртња се могу користити као уређаји за подешавање како би се постигло ефикасно подударање таласовода.
Отпорна оптерећења и атенуатори:
Као и сваки други преносни систем, таласоводи понекад захтевају савршено усклађивање импедансе и подешена оптерећења како би у потпуности апсорбовали долазне таласе без рефлексије и били фреквентно неосетљиви. Једна од примена таквих терминала је вршење различитих мерења снаге на систему без стварног зрачења било какве снаге.
слика 3 отпор таласовода оптерећење (а) једноструки конус (б) двоструки конус
Најчешћи отпорнички завршетак је део диелектрика са губицима инсталиран на крају таласовода и сужен (са врхом усмереним ка долазном таласу) тако да не изазива рефлексије. Овај медијум са губицима може заузети целу ширину таласовода или може заузети само средиште краја таласовода, као што је приказано на слици 3. Сужење може бити једноструко или двоструко сужење и обично има дужину од λp/2, са укупном дужином од приближно две таласне дужине. Обично су направљени од диелектричних плоча као што су стакло, обложених угљеничним филмом или воденим стаклом са спољашње стране. За примене велике снаге, такви терминали могу имати хладњаке додате на спољашњост таласовода, а снага која се испоручује терминалу може се расипати кроз хладњак или кроз присилно хлађење ваздухом.
слика 4 Покретни атенуатор са лопатицама
Диелектрични атенуатори могу се направити уклоњиви као што је приказано на слици 4. Постављени у средини таласовода, могу се померати бочно од центра таласовода, где ће обезбедити највеће слабљење, до ивица, где је слабљење знатно смањено јер је јачина електричног поља доминантног мода много мања.
Слабљење у таласоводу:
Слабљење енергије таласовода углавном укључује следеће аспекте:
1. Рефлексије од унутрашњих дисконтинуитета таласовода или неусклађених делова таласовода
2. Губици узроковани струјом која тече кроз зидове таласовода
3. Диелектрични губици у испуњеним таласоводима
Последња два су слична одговарајућим губицима у коаксијалним линијама и оба су релативно мала. Овај губитак зависи од материјала зида и његове храпавости, коришћеног диелектрика и фреквенције (због скин ефекта). За месингане цеви, опсег је од 4 dB/100m на 5 GHz до 12 dB/100m на 10 GHz, али за алуминијумске цеви, опсег је нижи. За таласоводе обложене сребром, губици су типично 8dB/100m на 35 GHz, 30dB/100m на 70 GHz и близу 500 dB/100m на 200 GHz. Да би се смањили губици, посебно на највишим фреквенцијама, таласоводи су понекад обложени (изнутра) златом или платином.
Као што је већ истакнуто, таласовод делује као високопропусни филтер. Иако је сам таласовод практично без губитака, фреквенције испод граничне фреквенције су знатно ослабљене. Ово слабљење је последица рефлексије на ушћу таласовода, а не простирања.
Спој таласовода:
Спајање таласовода се обично дешава преко прирубница када се делови или компоненте таласовода споје. Функција ове прирубнице је да обезбеди глатку механичку везу и одговарајућа електрична својства, посебно ниско спољашње зрачење и ниско унутрашње одбијање.
Прирубница:
Прирубнице таласовода се широко користе у микроталасним комуникацијама, радарским системима, сателитским комуникацијама, антенским системима и лабораторијској опреми у научним истраживањима. Користе се за повезивање различитих делова таласовода, спречавање цурења и сметњи и одржавање прецизног поравнања таласовода како би се осигурао високо поуздан пренос и прецизно позиционирање фреквентних електромагнетних таласа. Типичан таласовод има прирубницу на сваком крају, као што је приказано на слици 5.
слика 5 (а) обична прирубница; (б) прирубничка спојница.
На нижим фреквенцијама, прирубница ће бити лемљена или заварена за таласовод, док се на вишим фреквенцијама користи равна прирубница са равним чеоним делом. Када се два дела споје, прирубнице се спајају вијцима, али крајеви морају бити глатко завршени како би се избегли дисконтинуитети у споју. Очигледно је лакше правилно поравнати компоненте уз нека подешавања, па су мањи таласоводи понекад опремљени навојним прирубницама које се могу заврнути заједно помоћу прстенасте навртке. Како се фреквенција повећава, величина спојнице таласовода се природно смањује, а дисконтинуитет спојнице постаје већи пропорционално таласној дужини сигнала и величини таласовода. Стога, дисконтинуитети на вишим фреквенцијама постају проблематичнији.
слика 6 (а) Попречни пресек спојнице пригушнице; (б) поглед са краја прирубнице пригушнице
Да би се решио овај проблем, може се оставити мали размак између таласовода, као што је приказано на слици 6. Спојница пригушнице која се састоји од обичне прирубнице и прирубнице пригушнице спојене заједно. Да би се компензовали могући дисконтинуитети, у прирубници пригушнице се користи кружни прстен пригушнице са попречним пресеком у облику слова L како би се постигла чвршћа веза. За разлику од обичних прирубница, прирубнице пригушница су осетљиве на фреквенцију, али оптимизован дизајн може осигурати разумну пропусну ширину (можда 10% централне фреквенције) преко које SWR не прелази 1,05.
Време објаве: 15. јануар 2024.
