Bagaimana cara mencapai pencocokan impedansi pada pandu gelombang? Dari teori saluran transmisi dalam teori antena mikrostrip, kita tahu bahwa saluran transmisi seri atau paralel yang sesuai dapat dipilih untuk mencapai pencocokan impedansi antara saluran transmisi atau antara saluran transmisi dan beban untuk mencapai transmisi daya maksimum dan kehilangan refleksi minimum. Prinsip yang sama dari pencocokan impedansi pada saluran mikrostrip berlaku untuk pencocokan impedansi pada pandu gelombang. Refleksi dalam sistem pandu gelombang dapat menyebabkan ketidakcocokan impedansi. Ketika terjadi penurunan impedansi, solusinya sama seperti pada saluran transmisi, yaitu, mengubah nilai impedansi terpusat yang dibutuhkan ditempatkan pada titik-titik yang telah dihitung sebelumnya dalam pandu gelombang untuk mengatasi ketidakcocokan, sehingga menghilangkan efek refleksi. Sementara saluran transmisi menggunakan impedansi terpusat atau stub, pandu gelombang menggunakan blok logam dengan berbagai bentuk.
Gambar 1: Iris pandu gelombang dan rangkaian ekivalen, (a) Kapasitif; (b) induktif; (c) resonansi.
Gambar 1 menunjukkan berbagai jenis pencocokan impedansi, yang mengambil salah satu bentuk yang ditunjukkan dan dapat berupa kapasitif, induktif, atau resonansi. Analisis matematisnya kompleks, tetapi penjelasan fisiknya tidak. Dengan mempertimbangkan strip logam kapasitif pertama pada gambar, dapat dilihat bahwa potensial yang ada antara dinding atas dan bawah pandu gelombang (dalam mode dominan) sekarang ada di antara dua permukaan logam yang lebih dekat, sehingga kapasitansi pada titik tersebut meningkat. Sebaliknya, blok logam pada Gambar 1b memungkinkan arus mengalir di tempat yang sebelumnya tidak mengalir. Akan ada aliran arus di bidang medan listrik yang sebelumnya ditingkatkan karena penambahan blok logam. Oleh karena itu, penyimpanan energi terjadi di medan magnet dan induktansi pada titik pandu gelombang tersebut meningkat. Selain itu, jika bentuk dan posisi cincin logam pada Gambar c dirancang secara wajar, reaktansi induktif dan reaktansi kapasitif yang diperkenalkan akan sama, dan apertur akan beresonansi paralel. Ini berarti bahwa pencocokan impedansi dan penyetelan mode utama sangat baik, dan efek shunting dari mode ini akan dapat diabaikan. Namun, mode atau frekuensi lain akan teredam, sehingga cincin logam resonansi bertindak sebagai filter bandpass dan filter mode.
Gambar 2: (a) tiang pandu gelombang; (b) pencocok dua sekrup
Cara lain untuk melakukan penyetelan ditunjukkan di atas, di mana tiang logam silindris memanjang dari salah satu sisi lebar ke dalam pandu gelombang, memiliki efek yang sama dengan strip logam dalam hal memberikan reaktansi terkonsentrasi pada titik tersebut. Tiang logam dapat bersifat kapasitif atau induktif, tergantung pada seberapa jauh ia memanjang ke dalam pandu gelombang. Pada dasarnya, metode pencocokan ini adalah ketika pilar logam tersebut sedikit memanjang ke dalam pandu gelombang, ia memberikan suseptansi kapasitif pada titik tersebut, dan suseptansi kapasitif meningkat hingga penetrasi sekitar seperempat panjang gelombang. Pada titik ini, resonansi seri terjadi. Penetrasi lebih lanjut dari tiang logam menghasilkan suseptansi induktif yang berkurang seiring dengan semakin lengkapnya penyisipan. Intensitas resonansi pada instalasi titik tengah berbanding terbalik dengan diameter kolom dan dapat digunakan sebagai filter, namun, dalam kasus ini digunakan sebagai filter penghenti pita untuk mentransmisikan mode orde tinggi. Dibandingkan dengan peningkatan impedansi strip logam, keuntungan utama menggunakan tiang logam adalah kemudahan penyesuaiannya. Sebagai contoh, dua sekrup dapat digunakan sebagai perangkat penyetel untuk mencapai pencocokan pandu gelombang yang efisien.
Beban resistif dan attenuator:
Seperti sistem transmisi lainnya, pandu gelombang terkadang memerlukan pencocokan impedansi yang sempurna dan beban yang disetel agar dapat menyerap gelombang masuk sepenuhnya tanpa pantulan dan agar tidak sensitif terhadap frekuensi. Salah satu aplikasi untuk terminal semacam itu adalah untuk melakukan berbagai pengukuran daya pada sistem tanpa benar-benar memancarkan daya apa pun.
Gambar 3 Beban resistansi pandu gelombang (a) tirus tunggal (b) tirus ganda
Terminasi resistif yang paling umum adalah bagian dielektrik rugi-rugi yang dipasang di ujung pandu gelombang dan meruncing (dengan ujung mengarah ke gelombang datang) agar tidak menyebabkan pantulan. Medium rugi-rugi ini dapat menempati seluruh lebar pandu gelombang, atau hanya menempati bagian tengah ujung pandu gelombang, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3. Kerucutan dapat berupa kerucutan tunggal atau ganda dan biasanya memiliki panjang λp/2, dengan panjang total sekitar dua panjang gelombang. Biasanya terbuat dari pelat dielektrik seperti kaca, dilapisi dengan film karbon atau kaca air di bagian luar. Untuk aplikasi daya tinggi, terminal tersebut dapat ditambahkan pendingin panas di bagian luar pandu gelombang, dan daya yang diberikan ke terminal dapat dihilangkan melalui pendingin panas atau melalui pendinginan udara paksa.
Gambar 4. Peredam baling-baling yang dapat digerakkan.
Attenuator dielektrik dapat dibuat dapat dilepas seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4. Ditempatkan di tengah pandu gelombang, attenuator ini dapat digeser secara lateral dari pusat pandu gelombang, di mana ia akan memberikan atenuasi terbesar, ke tepi, di mana atenuasi sangat berkurang karena kekuatan medan listrik dari mode dominan jauh lebih rendah.
Atenuasi dalam pandu gelombang:
Peredaman energi pada pandu gelombang terutama meliputi aspek-aspek berikut:
1. Pantulan dari diskontinuitas pandu gelombang internal atau bagian pandu gelombang yang tidak sejajar
2. Kerugian yang disebabkan oleh arus yang mengalir di dinding pandu gelombang
3. Kerugian dielektrik pada pandu gelombang terisi
Dua kerugian terakhir mirip dengan kerugian yang sesuai pada saluran koaksial dan keduanya relatif kecil. Kerugian ini bergantung pada material dinding dan kekasarannya, dielektrik yang digunakan, dan frekuensi (karena efek kulit). Untuk saluran kuningan, kisarannya adalah dari 4 dB/100m pada 5 GHz hingga 12 dB/100m pada 10 GHz, tetapi untuk saluran aluminium, kisarannya lebih rendah. Untuk pandu gelombang berlapis perak, kerugian biasanya 8 dB/100m pada 35 GHz, 30 dB/100m pada 70 GHz, dan mendekati 500 dB/100m pada 200 GHz. Untuk mengurangi kerugian, terutama pada frekuensi tertinggi, pandu gelombang terkadang dilapisi (secara internal) dengan emas atau platinum.
Seperti yang telah disebutkan, pandu gelombang bertindak sebagai filter lolos tinggi. Meskipun pandu gelombang itu sendiri praktis tidak mengalami kehilangan energi, frekuensi di bawah frekuensi batas akan mengalami pelemahan yang signifikan. Pelemahan ini disebabkan oleh refleksi di mulut pandu gelombang, bukan karena perambatan.
Kopling pandu gelombang:
Penyambungan pandu gelombang biasanya terjadi melalui flensa ketika potongan atau komponen pandu gelombang disambungkan. Fungsi flensa ini adalah untuk memastikan sambungan mekanis yang mulus dan sifat listrik yang sesuai, khususnya radiasi eksternal yang rendah dan refleksi internal yang rendah.
Flens:
Flensa pandu gelombang banyak digunakan dalam komunikasi gelombang mikro, sistem radar, komunikasi satelit, sistem antena, dan peralatan laboratorium dalam penelitian ilmiah. Flensa ini digunakan untuk menghubungkan bagian-bagian pandu gelombang yang berbeda, memastikan kebocoran dan interferensi dicegah, dan menjaga keselarasan pandu gelombang yang tepat untuk memastikan transmisi yang andal dan penempatan gelombang elektromagnetik frekuensi yang tepat. Pandu gelombang tipikal memiliki flensa di setiap ujungnya, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5.
Gambar 5 (a) flensa polos; (b) sambungan flensa.
Pada frekuensi yang lebih rendah, flensa akan disolder atau dilas ke pandu gelombang, sedangkan pada frekuensi yang lebih tinggi digunakan flensa sambungan tumpul yang lebih rata. Ketika dua bagian disambungkan, flensa dibaut bersama, tetapi ujungnya harus dihaluskan untuk menghindari diskontinuitas pada sambungan. Jelas lebih mudah untuk menyelaraskan komponen dengan benar dengan beberapa penyesuaian, sehingga pandu gelombang yang lebih kecil terkadang dilengkapi dengan flensa berulir yang dapat disekrup bersama dengan mur cincin. Seiring meningkatnya frekuensi, ukuran kopling pandu gelombang secara alami berkurang, dan diskontinuitas kopling menjadi lebih besar sebanding dengan panjang gelombang sinyal dan ukuran pandu gelombang. Oleh karena itu, diskontinuitas pada frekuensi yang lebih tinggi menjadi lebih merepotkan.
Gambar 6 (a) Penampang melintang dari sambungan choke; (b) tampilan ujung dari flensa choke
Untuk mengatasi masalah ini, celah kecil dapat dibiarkan di antara pandu gelombang, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6. Kopling choke terdiri dari flensa biasa dan flensa choke yang dihubungkan bersama. Untuk mengkompensasi kemungkinan diskontinuitas, cincin choke melingkar dengan penampang berbentuk L digunakan pada flensa choke untuk mencapai sambungan yang lebih rapat. Tidak seperti flensa biasa, flensa choke sensitif terhadap frekuensi, tetapi desain yang dioptimalkan dapat memastikan bandwidth yang wajar (mungkin 10% dari frekuensi pusat) di mana SWR tidak melebihi 1,05.
Waktu posting: 15 Januari 2024
