Bagaimana cara mencapai pencocokan impedansi pandu gelombang? Dari teori saluran transmisi dalam teori antena mikrostrip, kita tahu bahwa saluran transmisi seri atau paralel yang tepat 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 dalam saluran mikrostrip berlaku untuk pencocokan impedansi dalam pandu gelombang. Refleksi dalam sistem pandu gelombang dapat menyebabkan ketidakcocokan impedansi. Ketika penurunan impedansi terjadi, solusinya sama seperti untuk saluran transmisi, yaitu mengubah nilai yang diperlukan Impedansi yang digabung ditempatkan pada titik-titik yang telah dihitung sebelumnya dalam pandu gelombang untuk mengatasi ketidakcocokan, sehingga menghilangkan efek refleksi. Sementara saluran transmisi menggunakan impedansi yang digabung atau stub, pandu gelombang menggunakan blok logam dengan berbagai bentuk.
gambar 1: Iris pandu gelombang dan rangkaian ekuivalen, (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 rumit, tetapi penjelasan fisiknya tidak. Dengan mempertimbangkan strip logam kapasitif pertama pada gambar, dapat dilihat bahwa potensi yang ada di antara dinding atas dan bawah pemandu gelombang (dalam mode dominan) sekarang ada di antara dua permukaan logam yang lebih dekat, sehingga kapasitansinya adalah 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 ditingkatkan sebelumnya karena penambahan blok logam. Oleh karena itu, penyimpanan energi terjadi di medan magnet dan induktansi pada titik pemandu 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 bukaan akan menjadi resonansi paralel. Ini berarti bahwa pencocokan dan penyetelan impedansi mode utama sangat baik, dan efek pengalihan mode ini akan diabaikan. Namun, mode atau frekuensi lain akan dilemahkan, sehingga cincin logam resonansi berfungsi sebagai filter bandpass dan filter mode.
gambar 2:(a)tiang pandu gelombang;(b)pencocok dua sekrup
Cara lain untuk menyetel ditunjukkan di atas, di mana tiang logam silinder memanjang dari salah satu sisi lebar ke dalam pemandu gelombang, yang memiliki efek yang sama seperti strip logam dalam hal menyediakan reaktansi yang terkumpul pada titik tersebut. Tiang logam dapat bersifat kapasitif atau induktif, tergantung pada seberapa jauh ia memanjang ke dalam pemandu gelombang. Pada dasarnya, metode pencocokan ini adalah ketika pilar logam tersebut memanjang sedikit ke dalam pemandu gelombang, ia menyediakan susceptansi kapasitif pada titik tersebut, dan susceptansi kapasitif meningkat hingga penetrasi sekitar seperempat panjang gelombang. Pada titik ini, resonansi seri terjadi. Penetrasi lebih lanjut dari tiang logam menghasilkan susceptansi induktif yang disediakan yang berkurang saat penyisipan menjadi lebih lengkap. Intensitas resonansi pada pemasangan 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 yang lebih tinggi. Dibandingkan dengan meningkatkan impedansi strip logam, keuntungan utama menggunakan tiang logam adalah mudah untuk disetel. Misalnya, dua sekrup dapat digunakan sebagai perangkat penyetelan untuk mencapai pencocokan pandu gelombang yang efisien.
Beban resistif dan attenuator:
Seperti sistem transmisi lainnya, pemandu gelombang terkadang memerlukan pencocokan impedansi yang sempurna dan beban yang disetel untuk menyerap gelombang masuk sepenuhnya tanpa pantulan dan tidak peka terhadap frekuensi. Salah satu aplikasi untuk terminal tersebut adalah untuk melakukan berbagai pengukuran daya pada sistem tanpa benar-benar memancarkan daya apa pun.
Gambar 3 beban resistansi pandu gelombang (a) taper tunggal (b) taper ganda
Terminasi resistif yang paling umum adalah bagian dari dielektrik yang lossy yang dipasang di ujung pemandu gelombang dan meruncing (dengan ujung menunjuk ke arah gelombang yang masuk) sehingga tidak menyebabkan pantulan. Media lossy ini dapat menempati seluruh lebar pemandu gelombang, atau mungkin hanya menempati bagian tengah ujung pemandu gelombang, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3. Kerucutnya dapat berupa kerucut tunggal atau kerucut 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 memiliki penyerap panas yang ditambahkan ke bagian luar pemandu gelombang, dan daya yang disalurkan ke terminal dapat dihamburkan melalui penyerap panas atau melalui pendinginan udara paksa.
Gambar 4 Atenuasi baling-baling bergerak
Peredam dielektrik dapat dibuat lepas-pasang seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4. Jika ditempatkan di bagian tengah pemandu gelombang, peredam ini dapat dipindahkan secara lateral dari bagian tengah pemandu gelombang, yang akan memberikan redaman terbesar, ke bagian tepi, yang akan memberikan redaman yang sangat berkurang karena kekuatan medan listrik dari mode dominan jauh lebih rendah.
Redaman dalam pandu gelombang:
Redaman energi pada pandu gelombang terutama mencakup aspek-aspek berikut:
1. Refleksi dari ketidaksinambungan internal pandu gelombang atau bagian pandu gelombang yang tidak selaras
2. Kerugian yang disebabkan oleh arus yang mengalir di dinding pandu gelombang
3. Kerugian dielektrik pada pandu gelombang yang terisi
Dua yang terakhir serupa dengan kerugian yang sesuai pada saluran koaksial dan keduanya relatif kecil. Kerugian ini bergantung pada bahan 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 pemandu 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, pemandu gelombang terkadang dilapisi (secara internal) dengan emas atau platinum.
Seperti yang telah dijelaskan, pemandu gelombang berfungsi sebagai filter high-pass. Meskipun pemandu gelombang itu sendiri hampir tidak memiliki loss, frekuensi di bawah frekuensi batas sangat teredam. Redaman ini disebabkan oleh pantulan di mulut pemandu gelombang, bukan perambatan.
Kopling pemandu gelombang:
Kopling pandu gelombang biasanya terjadi melalui flensa saat bagian atau komponen pandu gelombang disambungkan. Fungsi flensa ini adalah untuk memastikan sambungan mekanis yang halus dan sifat listrik yang sesuai, khususnya radiasi eksternal rendah dan refleksi internal rendah.
Flens:
Flensa pemandu 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 pemandu gelombang yang berbeda, memastikan kebocoran dan gangguan dapat dicegah, dan menjaga keselarasan pemandu gelombang yang tepat untuk memastikan transmisi yang sangat andal dan posisi gelombang elektromagnetik frekuensi yang tepat. Pemandu gelombang yang umum memiliki flensa di setiap ujungnya, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5.
gambar 5 (a) flens polos; (b) kopling flens.
Pada frekuensi yang lebih rendah flens akan dibrazing atau dilas ke waveguide, sementara pada frekuensi yang lebih tinggi flens datar butt yang lebih datar digunakan. Ketika dua bagian disambung, flens dibaut bersama-sama, tetapi ujung-ujungnya harus diselesaikan dengan halus untuk menghindari diskontinuitas dalam sambungan. Jelas lebih mudah untuk menyelaraskan komponen dengan benar dengan beberapa penyesuaian, sehingga waveguide yang lebih kecil terkadang dilengkapi dengan flens berulir yang dapat disekrup bersama dengan mur cincin. Ketika frekuensi meningkat, ukuran kopling waveguide secara alami berkurang, dan diskontinuitas kopling menjadi lebih besar secara proporsional dengan panjang gelombang sinyal dan ukuran waveguide. Oleh karena itu, diskontinuitas pada frekuensi yang lebih tinggi menjadi lebih merepotkan.
gambar 6 (a) Penampang melintang kopling choke; (b) pandangan ujung flens choke
Untuk mengatasi masalah ini, celah kecil dapat dibiarkan di antara pemandu gelombang, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6. Kopling choke yang terdiri dari flensa biasa dan flensa choke dihubungkan bersama. Untuk mengimbangi kemungkinan diskontinuitas, cincin choke melingkar dengan penampang berbentuk L digunakan dalam flensa choke untuk mencapai sambungan yang lebih rapat. Tidak seperti flensa biasa, flensa choke peka terhadap frekuensi, tetapi desain yang dioptimalkan dapat memastikan lebar pita yang wajar (mungkin 10% dari frekuensi tengah) di mana SWR tidak melebihi 1,05.
Waktu posting: 15-Jan-2024
