Bagaimana cara mencapai pencocokan impedansi pandu gelombang?Dari teori saluran transmisi dalam teori antena mikrostrip, kita mengetahui bahwa saluran transmisi seri atau paralel yang sesuai dapat dipilih untuk mencapai kesesuaian impedansi antar saluran transmisi atau antara saluran transmisi dan beban untuk mencapai transmisi daya maksimum dan kehilangan refleksi minimum.Prinsip pencocokan impedansi yang sama pada saluran mikrostrip juga berlaku pada pencocokan impedansi pada pandu gelombang.Refleksi dalam sistem pandu gelombang dapat menyebabkan ketidaksesuaian impedansi.Ketika terjadi penurunan impedansi, solusinya sama dengan saluran transmisi, yaitu mengubah nilai yang diperlukan. Impedansi yang disamakan ditempatkan pada titik-titik yang telah dihitung sebelumnya dalam pandu gelombang untuk mengatasi ketidaksesuaian, sehingga menghilangkan efek pantulan.Meskipun saluran transmisi menggunakan impedansi atau stub yang disamakan, pandu gelombang menggunakan balok 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, mengambil bentuk apa pun yang ditunjukkan dan dapat berupa kapasitif, induktif, atau resonansi.Analisis matematisnya rumit, namun penjelasan fisikanya tidak.Mengingat strip logam kapasitif pertama pada gambar, dapat dilihat bahwa potensi yang ada antara dinding atas dan bawah pandu gelombang (dalam mode dominan) sekarang ada di antara dua permukaan logam dalam jarak yang lebih dekat, sehingga kapasitansinya adalah The poin meningkat.Sebaliknya, balok logam pada Gambar 1b memungkinkan arus mengalir di tempat yang sebelumnya tidak mengalir.Akan ada aliran arus pada bidang medan listrik yang sebelumnya diperkuat karena penambahan balok 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 dimasukkan akan sama, dan bukaan akan menjadi resonansi paralel.Ini berarti bahwa pencocokan impedansi dan penyetelan mode utama sangat baik, dan efek shunting dari mode ini dapat diabaikan.Namun, mode atau frekuensi lain akan dilemahkan, sehingga cincin logam resonansi bertindak sebagai filter bandpass dan filter mode.
gambar 2:(a) tiang pandu gelombang;(b) pencocokan dua sekrup
Cara lain untuk menyetel ditunjukkan di atas, di mana tiang logam berbentuk silinder memanjang dari salah satu sisi lebar ke dalam pandu gelombang, memiliki efek yang sama seperti strip logam dalam hal memberikan reaktansi yang disamakan pada titik tersebut.Tiang logam dapat bersifat kapasitif atau induktif, bergantung pada seberapa jauh tiang tersebut meluas ke pandu gelombang.Pada dasarnya, metode pencocokan ini adalah ketika pilar logam memanjang sedikit ke dalam pandu gelombang, ia memberikan kerentanan kapasitif pada titik tersebut, dan kerentanan kapasitif meningkat hingga penetrasi menjadi sekitar seperempat panjang gelombang. Pada titik ini, terjadi resonansi seri. .Penetrasi lebih lanjut dari tiang logam menghasilkan kerentanan 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 band stop filter untuk mentransmisikan mode orde tinggi.Dibandingkan dengan meningkatkan impedansi strip logam, keuntungan utama menggunakan tiang logam adalah kemudahan penyesuaiannya.Misalnya, dua sekrup dapat digunakan sebagai perangkat penyetelan 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 sepenuhnya menyerap gelombang masuk tanpa pantulan dan tidak peka terhadap frekuensi.Salah satu penerapan terminal tersebut adalah untuk melakukan berbagai pengukuran daya pada sistem tanpa benar-benar memancarkan daya apa pun.
gambar 3 beban tahanan pandu gelombang (a) lancip tunggal (b) lancip ganda
Terminasi resistif yang paling umum adalah bagian dielektrik lossy yang dipasang pada 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 yang ditunjukkan pada Gambar 3. Lancip dapat berupa lancip tunggal atau ganda dan biasanya memiliki panjang λp/2, dengan panjang total kira-kira dua panjang gelombang.Biasanya terbuat dari pelat dielektrik seperti kaca, dilapisi dengan film karbon atau kaca air di bagian luarnya.Untuk aplikasi daya tinggi, terminal tersebut dapat dilengkapi heat sink yang ditambahkan di bagian luar pandu gelombang, dan daya yang disalurkan ke terminal dapat dihamburkan melalui heat sink atau melalui pendinginan udara paksa.
gambar 4 Attenuator baling-baling yang dapat digerakkan
Attenuator dielektrik dapat dilepas seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4. Ditempatkan di tengah pandu gelombang, dapat dipindahkan ke samping dari pusat pandu gelombang, yang akan memberikan redaman terbesar, ke tepi, di mana redaman sangat berkurang. karena kuat medan listrik mode dominan jauh lebih rendah.
Atenuasi 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 pada dinding pandu gelombang
3. Rugi-rugi dielektrik pada pandu gelombang yang diisi
Dua kerugian terakhir serupa dengan rugi-rugi pada saluran koaksial dan keduanya relatif kecil.Kerugian ini tergantung pada bahan dinding dan kekasarannya, dielektrik yang digunakan dan frekuensinya (akibat efek kulit).Untuk saluran kuningan, kisarannya adalah dari 4 dB/100m pada 5 GHz hingga 12 dB/100m pada 10 GHz, namun untuk saluran aluminium, kisarannya lebih rendah.Untuk pandu gelombang berlapis perak, kerugian biasanya 8dB/100m pada 35 GHz, 30dB/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 high-pass.Meskipun pandu gelombang itu sendiri hampir tidak ada ruginya, frekuensi di bawah frekuensi cutoff akan sangat dilemahkan.Atenuasi ini disebabkan oleh refleksi pada mulut pandu gelombang, bukan propagasi.
Kopling pandu gelombang:
Kopling pandu gelombang biasanya terjadi melalui flensa ketika potongan atau komponen pandu gelombang digabungkan menjadi satu.Fungsi flensa ini adalah untuk memastikan sambungan mekanis yang lancar dan sifat listrik yang sesuai, khususnya radiasi eksternal yang rendah dan refleksi internal yang rendah.
Penghubung jalur pipa:
Flensa pandu gelombang banyak digunakan dalam komunikasi gelombang mikro, sistem radar, komunikasi satelit, sistem antena, dan peralatan laboratorium dalam penelitian ilmiah.Mereka digunakan untuk menghubungkan bagian pandu gelombang yang berbeda, memastikan kebocoran dan interferensi dicegah, dan menjaga keselarasan pandu gelombang yang tepat untuk memastikan transmisi yang andal dan posisi 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) kopling flensa.
Pada frekuensi yang lebih rendah, flensa akan dibrazing atau dilas ke pandu gelombang, sedangkan pada frekuensi yang lebih tinggi digunakan flensa datar dengan pantat yang lebih datar.Ketika dua bagian disambung, flensa dibaut menjadi satu, tetapi ujung-ujungnya harus diselesaikan dengan mulus 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 dengan mur cincin.Ketika frekuensi meningkat, 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 menyusahkan.
gambar 6 (a) Penampang kopling cuk; (b) tampak ujung flensa cuk
Untuk mengatasi masalah ini, celah kecil dapat dibiarkan di antara pandu gelombang, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6. Kopling tersedak yang terdiri dari flensa biasa dan flensa tersedak dihubungkan bersama.Untuk mengkompensasi kemungkinan diskontinuitas, cincin tersedak melingkar dengan penampang berbentuk L digunakan pada flensa tersedak untuk mencapai sambungan pemasangan yang lebih rapat.Tidak seperti flensa biasa, flensa tersedak sensitif terhadap frekuensi, namun desain yang dioptimalkan dapat memastikan bandwidth yang wajar (mungkin 10% dari frekuensi tengah) di mana SWR tidak melebihi 1,05.
Waktu posting: 15 Januari 2024
