Padanan impedans pandu gelombangialah proses mengurangkan ketakselanjaran elektrik antara pandu gelombang dan komponen yang disambungkan kepadanya. Apabila impedans tidak sepadan, sebahagian daripada isyarat gelombang mikro tuju dipantulkan ke arah sumber. Hasilnya ialah VSWR yang lebih tinggi, kuasa yang lebih sedikit dihantar ke beban dan prestasi sistem yang kurang boleh diramal.
Tidak seperti talian sepaksi, pandu gelombang berongga biasanya tidak menggunakan perintang terkumpul konvensional atau stub talian penghantaran untuk pemadanan. Sebaliknya, pereka bentuk membentuk medan elektromagnet dengan iris, tiang, skru talaan, tirus, peralihan, beban yang dipadankan dan antara muka bebibir yang direka bentuk dengan teliti. Kaedah yang paling sesuai bergantung pada frekuensi operasi, lebar jalur, tahap kuasa, saiz pandu gelombang dan sama ada pelarasan mesti ditetapkan atau boleh ditala.
Mengapa Pemadanan Impedans Pandu Gelombang Penting
Sebarang perubahan mendadak dalam geometri pandu gelombang boleh mengganggu taburan medan dan menghasilkan gelombang pantulan. Perhimpunan yang sepadan membantu untuk:
- mengurangkan kuasa pantulan dan VSWR;
- meningkatkan pemindahan kuasa antara sumber, laluan penghantaran dan beban;
- lindungi sumber gelombang mikro berkuasa tinggi daripada tenaga pantulan yang berlebihan;
- menstabilkan pengukuran yang dibuat dengan antena, penyesuai, beban dan komponen pandu gelombang lain;
- mengekalkan prestasi berulang merentasi jalur frekuensi yang diperlukan.
Sumber ketidakpadanan biasa termasuk perubahan dalam saiz pandu gelombang, selekoh, langkah, prob, peralihan tidak sempurna, jurang bebibir, salah jajaran dan beban yang impedansnya berbeza daripada impedans mod pandu gelombang.
Rajah 1: Iris pandu gelombang dan litar setara, (a) Kapasitif; (b) induktif; (c) resonan.
1. Iris Pandu Gelombang: Padanan Kapasitif, Induktif dan Resonan
Iris pandu gelombang ialah diafragma konduktif nipis yang diletakkan merentasi sebahagian daripada pandu. Dengan menukar medan elektrik atau magnet setempat, iris memperkenalkan reaktans shunt terkawal yang boleh mengimbangi reaktans ketakselanjaran atau beban.
Iris kapasitif
Iris kapasitif menumpukan medan elektrik di kawasan yang lebih kecil. Tenaga medan elektrik yang meningkat menghasilkan kesan kapasitif pada satah padanan. Ia boleh digunakan apabila ketakselanjaran sedia ada memerlukan reaktans induktif pampasan.
Iris induktif
Iris induktif mengubah laluan arus permukaan dan meningkatkan tenaga medan magnet di sekitar bukaan. Suseptans induktifnya boleh mengatasi ketidakpadanan kapasitif. Dimensi apertur dan kedudukannya di sepanjang panduan menentukan kekuatan pembetulan.
Iris resonan
Iris resonan menggabungkan kesan kapasitif dan induktif. Pada frekuensi reka bentuk, kedua-dua kesan boleh diseimbangkan supaya mod dominan berlalu dengan sedikit pantulan. Jauh daripada resonans, struktur yang sama juga boleh memberikan frekuensi atau selektiviti mod.
Iris adalah padat dan stabil secara mekanikal, tetapi ia biasanya ditetapkan selepas pembuatan. Oleh itu, dimensinya harus direka bentuk untuk jalur pandu gelombang, mod operasi dan lebar jalur yang dimaksudkan dan bukannya dilaraskan selepas pemasangan.
rajah 2:(a) tiang pandu gelombang;(b) pemadanan dua skru
2. Menala Tiang dan Skru
Tiang konduktif atau skru talaan yang dimasukkan melalui dinding pandu gelombang memperkenalkan reaktansi setempat. Diameter, kedalaman penembusan dan kedudukannya relatif kepada ketakselanjaran menentukan sama ada kesannya terutamanya kapasitif atau induktif dan sejauh mana ia mengubah padanan.
Penembusan cetek biasanya menghasilkan pembetulan kecil. Apabila tiang memanjang lebih jauh ke dalam panduan, suseptans berubah dan boleh melalui resonans. Ini menjadikan skru penalaan praktikal untuk pelarasan makmal, pemangkasan pengeluaran dan pampasan untuk toleransi yang tidak dapat diramalkan dengan sempurna semasa reka bentuk.
Kelebihan padanan boleh laras
- perlawanan boleh ditala semasa memantau kerugian pulangan atau VSWR;
- dua atau lebih skru memberikan kawalan tambahan ke atas magnitud dan fasa;
- pelarasan boleh mengimbangi penyesuai, prob, bengkok atau beban;
- tetapan akhir boleh dikunci selepas pengesahan.
Lebar jalur yang berguna ditentukan oleh struktur yang lengkap, bukan hanya oleh skru. Penembusan yang berlebihan boleh menghasilkan resonans yang tajam, meningkatkan kehilangan, mengganggu mod tertib tinggi atau mengurangkan pengendalian kuasa. Oleh itu, penalaan harus dilakukan merentasi jalur operasi penuh dan bukannya hanya pada satu frekuensi.
Tiang dan skru biasanya dimasukkan ke dalampenyesuai pandu gelombang-ke-koaksialdan komponen pandu gelombang lain di mana medan mesti beralih antara struktur penghantaran yang berbeza.
3. Beban dan Atenuator yang Dipadankan
Beban pandu gelombang yang sepadan menamatkan laluan penghantaran dan menukar tenaga gelombang mikro insiden kepada haba dengan pantulan minimum. Ia digunakan untuk pengukuran kuasa, persediaan ujian, port yang tidak digunakan dan sebarang aplikasi yang memerlukan penamatan pantulan rendah yang ditetapkan.
Atenuator mempunyai tujuan yang berbeza: ia mengurangkan amplitud isyarat dengan jumlah terkawal sambil mengekalkan padanan yang boleh diterima pada kedua-dua port. Kedua-dua peranti bergantung pada interaksi beransur-ansur dengan bahan lossy supaya medan diserap tanpa mewujudkan langkah impedans yang mendadak.
Layari RF MISObeban pandu gelombanguntuk pilihan komponen merentasi jalur pandu gelombang dan keperluan kuasa yang berbeza.
rajah 3 rintangan pandu gelombang beban(a)tirus tunggal(b)tirus berganda
Beban Pandu Gelombang Tirus
Penamatan padanan yang paling biasa menggunakan elemen dielektrik atau resistif lossy yang meruncing ke arah gelombang masuk. Perubahan beransur-ansur membolehkan medan memasuki penyerap dengan kurang pantulan berbanding blok bahan yang tiba-tiba.
Penyerap mungkin merangkumi panduan atau menempati kawasan medan tinggi berhampiran pusatnya. Panjang tirus, taburan kehilangan dan reka bentuk haba dipilih untuk jalur frekuensi dan aras kuasa. Beban kuasa yang lebih tinggi mungkin memerlukan badan yang lebih besar, sink haba atau penyejukan udara paksa untuk menyingkirkan tenaga yang diserap dengan selamat.
rajah 4 Atenuator bilah boleh alih
Atenuator Vane Boleh Alih
Sebuah bilah dielektrik bergerak mengubah pelemahan dengan bergerak melalui kawasan dengan kekuatan medan elektrik yang berbeza. Di tengah medan mod dominan, bilah menyerap lebih banyak tenaga; berhampiran dinding sisi, medan menjadi lebih lemah dan pelemahan berkurangan. Mekanisme ini menyediakan pengurangan isyarat boleh laras tanpa mengubah laluan pandu gelombang.
Kerugian Pandu Gelombang Berbanding Ketidakpadanan Impedans
Atenuasi dan ketidakpadanan adalah berkaitan tetapi tidak sama. Ketidakpadanan mengembalikan sebahagian daripada tenaga datang ke arah sumber, manakala kehilangan konduktor dan dielektrik menukarkan sebahagian daripada tenaga hadapan kepada haba.
Punca utama degradasi adalah:
- pantulan daripada anak tangga, selekoh, prob, jurang bebibir atau bahagian yang tidak sejajar;
- kehilangan konduktor yang disebabkan oleh arus permukaan dalam dinding pandu gelombang;
- kehilangan dielektrik daripada tingkap, penyokong, penyerap atau bahagian yang diisi;
- kekasaran permukaan, pencemaran, kakisan dan sentuhan elektrik yang lemah.
Pandu gelombang juga bertindak sebagai struktur laluan tinggi. Frekuensi di bawah pemotongan mod yang dipilih tidak merambat secara normal dan dilemahkan dengan kuat. Atas sebab ini, jalur operasi, saiz pandu gelombang dan mod yang dimaksudkan mesti disahkan sebelum pemadanan dioptimumkan.
4. Peralihan, Penyesuai dan Gandingan Flange
Peralihan atau penyesuai mengubah medan secara beransur-ansur antara saiz pandu gelombang, orientasi atau media penghantaran yang berbeza. Penapis secara beransur-ansur biasanya memberikan padanan yang lebih luas daripada satu langkah tajam, manakala peralihan bertingkat yang padat mungkin lebih disukai apabila ruang terhad.
Penyesuai pandu gelombang-ke-koaksialmenggabungkan peralihan mekanikal dengan prob atau pelancar yang mengujakan mod pandu gelombang yang diperlukan. Kedudukan prob, jarak pendek belakang dan sebarang elemen penalaan mesti berfungsi bersama merentasi jalur yang ditentukan.
Mengapa penjajaran bebibir penting
Bahagian pandu gelombang biasanya disambungkan oleh bebibir. Tugasnya adalah untuk mengekalkan penjajaran mekanikal, menyediakan sentuhan elektrik yang boleh dipercayai dan meminimumkan kebocoran dan pantulan dalaman. Jurang, ofset, permukaan pengedap yang rosak atau tekanan bolt yang tidak sekata boleh menyebabkan ketakselanjaran yang ketara, terutamanya pada panjang gelombang yang lebih pendek.
rajah 5 (a) bebibir biasa; (b) gandingan bebibir.
Bebibir Biasa dan Ketepatan
Bebibir sentuh biasa berfungsi dengan baik apabila permukaan padanan rata, bersih dan sejajar dengan tepat. Pada frekuensi yang lebih tinggi, ralat dimensi kecil mewakili pecahan panjang gelombang yang lebih besar, jadi kemasan permukaan, penjajaran panduan dan tork bolt menjadi lebih penting.
Pemeriksaan Perhimpunan Praktikal
- sahkan bahawa kedua-dua komponen menggunakan saiz pandu gelombang dan piawaian bebibir yang serasi;
- bersihkan permukaan yang sepadan dan periksanya untuk kemek, gerinda atau kakisan;
- sejajarkan bukaan sebelum mengetatkan pengikat;
- ketatkan bolt secara sekata supaya permukaan bebibir kekal selari;
- sahkan laluan yang dipasang dengan penganalisis rangkaian vektor yang dikalibrasi.
rajah 6 (a) Keratan rentas gandingan cok; (b) pandangan hujung bebibir cok
Gandingan Flange Tercekik
Bebibir cok menggunakan cincin atau alur tersembunyi di sekeliling apertur untuk mengawal arus pada sambungan. Apabila dimensi yang betul untuk jalur operasi, ia boleh mengurangkan kepekaan terhadap jurang mekanikal kecil dan meningkatkan sambungan elektrik. Oleh kerana cok bergantung pada frekuensi, geometrinya mesti dipadankan dengan jalur yang dimaksudkan.
Cara Mengesahkan Padanan Waveguide
- Kalibrasi penganalisis rangkaian vektor pada satah rujukan yang sesuai.
- Ukur S11 atau kerugian pulangan merentasi keseluruhan jalur operasi, bukan pada frekuensi tunggal.
- Tukarkan hasilnya kepada VSWR jika itu spesifikasi projek.
- Laraskan skru talaan atau elemen boleh ubah lain dalam kenaikan kecil sambil memerhatikan sapuan penuh.
- Periksa semula selepas pengetatan terakhir, penstabilan haba dan pemasangan komponen bersebelahan.
Keputusan yang baik ditakrifkan oleh spesifikasi sistem. Satu titik pantulan rendah mungkin tidak mencukupi jika aplikasi memerlukan lebar jalur yang luas, pengendalian kuasa yang stabil atau prestasi yang boleh diulang selepas pemasangan.
Cara Memilih Kaedah Padanan
- Iris:padat, tetap dan sesuai untuk tindak balas frekuensi yang direka bentuk.
- Tiang atau skru:boleh laras dan berguna untuk menala toleransi pembuatan.
- Taper dan peralihan:diutamakan apabila transformasi medan secara beransur-ansur dan lebar jalur yang lebih luas diperlukan.
- Beban yang sepadan:tamatkan port dan serap kuasa tuju dengan pantulan rendah.
- Bebibir cok:memperbaiki sambungan bebibir terpilih apabila jurang kecil tidak dapat dielakkan.
Aplikasi
Padanan impedans pandu gelombang adalah penting dalam bahagian hadapan radar, peralatan komunikasi satelit, suapan antena, sistem pengukuran gelombang mikro, pemancar, penerima dan persediaan ujian berkuasa tinggi. Ia juga penting kepada prestasi penyesuai, beban, suis, transduser ortomod dan lain-lain.komponen pandu gelombang.
Soalan Lazim
Apakah yang ditunjukkan oleh VSWR yang tinggi dalam sistem pandu gelombang?
VSWR yang tinggi menunjukkan bahawa sebahagian besar gelombang datang dipantulkan. Puncanya mungkin beban itu sendiri atau ketakselanjaran seperti penyesuai, prob, selekoh, jurang bebibir atau bahagian yang tidak sejajar.
Bolehkah skru talaan memberikan padanan jalur lebar?
Skru talaan boleh membetulkan ketidakpadanan dengan berkesan, tetapi pelarasan resonan yang kuat mungkin jalur sempit. Prestasi jalur lebar biasanya memerlukan peralihan lengkap, kedudukan skru dan geometri sekeliling direka bentuk bersama.
Bagaimanakah pantulan pada bebibir pandu gelombang dapat dikurangkan?
Gunakan bebibir yang serasi, pastikan permukaan padanan bersih dan rata, jajarkan apertur dengan tepat dan ketatkan pengikat secara sekata. Sahkan pemasangan akhir dengan sapuan penganalisis rangkaian.
Apakah perbezaan antara beban pandu gelombang dan attenuator?
Beban menamatkan port dan menyerap hampir semua tenaga insiden. Atenuator ialah peranti dua port yang mengurangkan tahap isyarat dengan jumlah tertentu sambil menghantar tenaga yang tinggal ke outputnya.
Untuk bantuan memilih penyesuai pandu gelombang, beban atau struktur padanan tersuai,hubungi RF MISOdengan julat frekuensi, saiz pandu gelombang, lebar jalur, aras kuasa dan VSWR sasaran.
Masa siaran: 15 Jan-2024
