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 pada 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 lumped ditempatkan pada titik-titik yang telah dihitung sebelumnya dalam pandu gelombang untuk mengatasi ketidakcocokan, sehingga menghilangkan efek refleksi. Sementara saluran transmisi menggunakan impedansi lumped 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, dengan 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 potensial yang ada di antara dinding atas dan bawah pandu gelombang (dalam mode dominan) sekarang ada di antara dua permukaan logam yang lebih dekat, sehingga kapasitansinya 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 dengan wajar, reaktansi induktif dan reaktansi kapasitif yang diperkenalkan akan sama, dan aperture akan menjadi resonansi paralel. Ini berarti pencocokan dan penyetelan impedansi mode utama sangat baik, dan efek shunting mode ini akan diabaikan. Namun, mode atau frekuensi lain akan dilemahkan, sehingga cincin logam resonansi berfungsi sebagai filter bandpass sekaligus 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 pandu gelombang, yang memiliki efek yang sama seperti strip logam dalam hal memberikan reaktansi terpusat pada titik tersebut. Tiang logam dapat bersifat kapasitif atau induktif, tergantung seberapa jauh ia memanjang ke dalam pandu gelombang. Pada dasarnya, metode pencocokan ini adalah ketika pilar logam tersebut memanjang sedikit ke dalam pandu gelombang, ia memberikan suseptansi kapasitif pada titik tersebut, dan suseptansi kapasitif meningkat hingga penetrasinya sekitar seperempat panjang gelombang. Pada titik ini, terjadi resonansi seri. Penetrasi lebih lanjut dari tiang logam menghasilkan suseptansi induktif yang berkurang seiring dengan penyisipan yang lebih lengkap. Intensitas resonansi pada pemasangan titik tengah berbanding terbalik dengan diameter kolom dan dapat digunakan sebagai filter, namun, dalam hal ini digunakan sebagai filter penghenti pita untuk mentransmisikan mode orde yang lebih tinggi. Dibandingkan dengan peningkatan impedansi strip logam, keuntungan utama penggunaan tiang logam adalah mudah disetel. Misalnya, dua sekrup dapat digunakan sebagai perangkat penyetelan untuk mencapai pencocokan pandu gelombang yang efisien.
Beban resistif dan atenuasi:
Layaknya sistem transmisi lainnya, pemandu gelombang terkadang memerlukan pencocokan impedansi yang sempurna dan beban yang disetel agar dapat menyerap gelombang masuk sepenuhnya tanpa pantulan dan tidak sensitif terhadap frekuensi. Salah satu aplikasi 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) taper tunggal (b) taper ganda
Terminasi resistif yang paling umum adalah bagian dielektrik lossy yang dipasang di ujung pandu gelombang dan meruncing (dengan ujung mengarah ke gelombang datang) agar tidak menimbulkan pantulan. Media lossy ini dapat menempati seluruh lebar pandu gelombang, atau mungkin hanya menempati bagian tengah ujung pandu gelombang, seperti ditunjukkan pada Gambar 3. Keruncingannya dapat berupa taper 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 semacam itu dapat memiliki heat sink yang ditambahkan ke bagian luar pandu gelombang, dan daya yang disalurkan ke terminal dapat didisipasikan melalui heat sink atau melalui pendinginan udara paksa.
Gambar 4 Atenuator baling-baling bergerak
Atenuator dielektrik dapat dibuat lepas pasang seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4. Atenuator ini, yang ditempatkan di bagian tengah pandu gelombang, dapat dipindahkan secara lateral dari bagian tengah pandu gelombang, yang akan memberikan atenuasi terbesar, ke bagian tepi, yang akan memberikan atenuasi yang sangat berkurang karena kekuatan medan listrik dari mode dominan jauh lebih rendah.
Redaman dalam pandu gelombang:
Redaman energi pandu gelombang terutama mencakup aspek-aspek berikut:
1. Refleksi 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 yang terisi
Dua kerugian terakhir serupa dengan kerugian terkait 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, rentangnya berkisar antara 4 dB/100m pada 5 GHz hingga 12 dB/100m pada 10 GHz, tetapi untuk saluran aluminium, rentangnya 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 (bagian dalamnya) dengan emas atau platinum.
Sebagaimana telah dijelaskan, pandu gelombang berfungsi sebagai filter lolos tinggi. Meskipun pandu gelombang itu sendiri praktis tanpa rugi-rugi, frekuensi di bawah frekuensi batas sangat teredam. Redaman ini lebih disebabkan oleh pantulan di mulut pandu gelombang, bukan perambatan.
Kopling pemandu gelombang:
Kopling pandu gelombang biasanya terjadi melalui flensa ketika potongan atau komponen pandu gelombang disambung. Fungsi flensa ini adalah untuk memastikan sambungan mekanis yang halus dan sifat kelistrikan yang sesuai, khususnya radiasi eksternal rendah dan refleksi internal 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 berbagai bagian pandu gelombang, mencegah kebocoran dan interferensi, serta menjaga kesejajaran pandu gelombang yang presisi untuk memastikan transmisi yang sangat andal dan pemosisian gelombang elektromagnetik frekuensi yang presisi. Pandu gelombang pada umumnya memiliki flensa di setiap ujungnya, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5.
gambar 5 (a) flens polos; (b) kopling flens.
Pada frekuensi yang lebih rendah, flensa akan dibrazing atau dilas ke pandu gelombang, sementara pada frekuensi yang lebih tinggi, flensa dengan ujung yang lebih datar digunakan. Ketika dua bagian disambung, flensa dibaut bersama-sama, tetapi ujung-ujungnya harus dihaluskan dengan halus untuk menghindari diskontinuitas pada sambungan. Tentu saja, akan lebih mudah untuk menyelaraskan komponen dengan benar dengan beberapa penyesuaian, sehingga pandu gelombang yang lebih kecil terkadang dilengkapi dengan flensa berulir yang dapat disekrup 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 kopling choke; (b) Tampilan ujung flens 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 tengah) dengan SWR tidak melebihi 1,05.
Waktu posting: 15-Jan-2024
