Αντιστοίχιση σύνθετης αντίστασης κυματοδηγούείναι η διαδικασία μείωσης της ηλεκτρικής ασυνέχειας μεταξύ ενός κυματοδηγού και του εξαρτήματος που είναι συνδεδεμένο σε αυτόν. Όταν οι σύνθετες αντιστάσεις δεν ταιριάζουν, μέρος του προσπίπτοντος σήματος μικροκυμάτων ανακλάται προς την πηγή. Το αποτέλεσμα είναι υψηλότερο VSWR, λιγότερη ισχύς που παρέχεται στο φορτίο και λιγότερο προβλέψιμη απόδοση του συστήματος.
Σε αντίθεση με μια ομοαξονική γραμμή, ένας κοίλος κυματοδηγός δεν χρησιμοποιεί κανονικά συμβατικές αντιστάσεις με συσσωμάτωση ή στελέχη γραμμής μεταφοράς για αντιστοίχιση. Αντ' αυτού, οι σχεδιαστές διαμορφώνουν το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο με ίριδες, στύλους, βίδες συντονισμού, κωνικά στοιχεία, μεταβάσεις, ταιριαστά φορτία και προσεκτικά σχεδιασμένες διεπαφές φλαντζών. Η καταλληλότερη μέθοδος εξαρτάται από τη συχνότητα λειτουργίας, το εύρος ζώνης, το επίπεδο ισχύος, το μέγεθος του κυματοδηγού και από το εάν η ρύθμιση πρέπει να είναι σταθερή ή συντονίσιμη.
Γιατί έχει σημασία η αντιστοίχιση σύνθετης αντίστασης κυματοδηγού
Οποιαδήποτε απότομη αλλαγή στη γεωμετρία του κυματοδηγού μπορεί να διαταράξει την κατανομή του πεδίου και να δημιουργήσει ένα ανακλώμενο κύμα. Μια καλά ταιριαστή συναρμολόγηση βοηθάει στα εξής:
- μείωση της ανακλώμενης ισχύος και του VSWR·
- βελτίωση της μεταφοράς ισχύος μεταξύ πηγής, διαδρομής μετάδοσης και φορτίου·
- προστατεύστε τις πηγές μικροκυμάτων υψηλής ισχύος από την υπερβολική ανακλώμενη ενέργεια·
- σταθεροποιήστε τις μετρήσεις που γίνονται με κεραίες, προσαρμογείς, φορτία και άλλα εξαρτήματα κυματοδηγού.
- διατηρούν επαναλήψιμη απόδοση σε όλη την απαιτούμενη ζώνη συχνοτήτων.
Συνήθεις πηγές αναντιστοιχίας περιλαμβάνουν αλλαγές στο μέγεθος του κυματοδηγού, καμπύλες, βήματα, αισθητήρες, ατελείς μεταβάσεις, κενά φλάντζας, κακή ευθυγράμμιση και φορτίο του οποίου η σύνθετη αντίσταση διαφέρει από τη σύνθετη αντίσταση της λειτουργίας κυματοδηγού.
Σχήμα 1: Ίριδες κυματοδηγού και ισοδύναμο κύκλωμα, (α) Χωρητικές, (β) Επαγωγικές, (γ) Συντονιστικές.
1. Ίριδες κυματοδηγού: Χωρητική, επαγωγική και συντονιστική αντιστοίχιση
Μια ίριδα κυματοδηγού είναι ένα λεπτό αγώγιμο διάφραγμα που τοποθετείται κατά μήκος ενός μέρους του οδηγού. Αλλάζοντας το τοπικό ηλεκτρικό ή μαγνητικό πεδίο, η ίριδα εισάγει μια ελεγχόμενη αντίσταση διακλάδωσης που μπορεί να αντισταθμίσει την αντίδραση μιας ασυνέχειας ή φορτίου.
Χωρητική ίριδα
Μια χωρητική ίριδα συγκεντρώνει το ηλεκτρικό πεδίο σε μια μικρότερη περιοχή. Η αυξημένη ενέργεια του ηλεκτρικού πεδίου παράγει ένα χωρητικό φαινόμενο στο αντίστοιχο επίπεδο. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί όταν η υπάρχουσα ασυνέχεια απαιτεί αντιστάθμιση επαγωγικής αντίδρασης.
Επαγωγική ίριδα
Μια επαγωγική ίριδα αλλάζει την πορεία του επιφανειακού ρεύματος και αυξάνει την ενέργεια του μαγνητικού πεδίου γύρω από το άνοιγμα. Η επαγωγική της ανοχή μπορεί να αντισταθμίσει μια χωρητική αναντιστοιχία. Οι διαστάσεις του ανοίγματος και η θέση του κατά μήκος του οδηγού καθορίζουν την ισχύ της διόρθωσης.
Συντονισμένη ίριδα
Μια συντονισμένη ίριδα συνδυάζει χωρητικά και επαγωγικά φαινόμενα. Στη συχνότητα σχεδιασμού, τα δύο φαινόμενα μπορούν να εξισορροπηθούν έτσι ώστε η κυρίαρχη λειτουργία να περνάει με μικρή ανάκλαση. Μακριά από τον συντονισμό, η ίδια δομή μπορεί επίσης να παρέχει επιλεκτικότητα συχνότητας ή λειτουργίας.
Οι ίριδες είναι συμπαγείς και μηχανικά σταθερές, αλλά συνήθως στερεώνονται μετά την κατασκευή. Οι διαστάσεις τους θα πρέπει επομένως να σχεδιάζονται για την προβλεπόμενη ζώνη κυματοδηγού, τον τρόπο λειτουργίας και το εύρος ζώνης και όχι να προσαρμόζονται μετά τη συναρμολόγηση.
σχήμα 2: (α) στύλοι κυματοδηγού· (β) αντιστοιχιστής δύο κοχλιών
2. Στύλοι ρύθμισης και βίδες
Ένας αγώγιμος στύλος ή μια βίδα συντονισμού που εισάγεται μέσα από ένα τοίχωμα κυματοδηγού εισάγει μια εντοπισμένη αντίδραση. Η διάμετρος, το βάθος διείσδυσης και η θέση του σε σχέση με την ασυνέχεια καθορίζουν εάν το φαινόμενο είναι κυρίως χωρητικό ή επαγωγικό και πόσο έντονα αλλάζει την αντιστοίχιση.
Η ρηχή διείσδυση γενικά παράγει μια μικρή διόρθωση. Καθώς ο στύλος εκτείνεται περισσότερο μέσα στον οδηγό, η ανοχή αλλάζει και μπορεί να περάσει από τον συντονισμό. Αυτό καθιστά τις βίδες ρύθμισης πρακτικές για εργαστηριακή ρύθμιση, κοπές παραγωγής και αντιστάθμιση για ανοχές που δεν μπορούν να προβλεφθούν τέλεια κατά τον σχεδιασμό.
Πλεονεκτήματα της ρυθμιζόμενης αντιστοίχισης
- Ο αγώνας μπορεί να ρυθμιστεί ενώ παρακολουθείται η απώλεια επιστροφής ή το VSWR.
- δύο ή περισσότερες βίδες παρέχουν πρόσθετο έλεγχο του μεγέθους και της φάσης.
- η ρύθμιση μπορεί να αντισταθμίσει έναν προσαρμογέα, έναν αισθητήρα, μια κάμψη ή ένα φορτίο.
- Η τελική ρύθμιση μπορεί να κλειδωθεί μετά την επαλήθευση.
Το χρήσιμο εύρος ζώνης καθορίζεται από ολόκληρη τη δομή, όχι μόνο από τη βίδα. Η υπερβολική διείσδυση μπορεί να δημιουργήσει έντονο συντονισμό, να αυξήσει τις απώλειες, να διαταράξει τις λειτουργίες υψηλότερης τάξης ή να μειώσει τη διαχείριση ισχύος. Επομένως, ο συντονισμός θα πρέπει να εκτελείται σε ολόκληρη τη ζώνη λειτουργίας και όχι μόνο σε μία συχνότητα.
Οι στύλοι και οι βίδες ενσωματώνονται συνήθως σεπροσαρμογείς κυματοδηγού σε ομοαξονικόκαι άλλα εξαρτήματα κυματοδηγού όπου το πεδίο πρέπει να μεταβαίνει μεταξύ διαφορετικών δομών μετάδοσης.
3. Αντιστοιχισμένα φορτία και εξασθενητές
Ένα ταιριασμένο φορτίο κυματοδηγού τερματίζει τη διαδρομή μετάδοσης και μετατρέπει την προσπίπτουσα ενέργεια μικροκυμάτων σε θερμότητα με ελάχιστη ανάκλαση. Χρησιμοποιείται για μετρήσεις ισχύος, δοκιμές, αχρησιμοποίητες θύρες και οποιαδήποτε εφαρμογή που απαιτεί καθορισμένο τερματισμό χαμηλής ανάκλασης.
Ένας εξασθενητής εξυπηρετεί διαφορετικό σκοπό: μειώνει το πλάτος του σήματος κατά ένα ελεγχόμενο ποσό, διατηρώντας παράλληλα μια αποδεκτή αντιστοίχιση και στις δύο θύρες. Και οι δύο συσκευές εξαρτώνται από μια σταδιακή αλληλεπίδραση με υλικό με απώλειες, έτσι ώστε το πεδίο να απορροφάται χωρίς να δημιουργείται ένα απότομο βήμα σύνθετης αντίστασης.
Περιηγηθείτε στο RF MISOφορτία κυματοδηγούγια επιλογές εξαρτημάτων σε διαφορετικές ζώνες κυματοδηγού και απαιτήσεις ισχύος.
σχήμα 3 αντίσταση κυματοδηγού φορτίου (α) μονής κωνικότητας (β) διπλής κωνικότητας
Κωνικά φορτία κυματοδηγού
Ο πιο συνηθισμένος συμβατός ακροδέκτης χρησιμοποιεί ένα απωλεστικό διηλεκτρικό ή ωμικό στοιχείο που είναι κωνικό προς το εισερχόμενο κύμα. Η σταδιακή αλλαγή επιτρέπει στο πεδίο να εισέλθει στον απορροφητή με λιγότερη ανάκλαση από ένα απότομο μπλοκ υλικού.
Ο απορροφητής μπορεί να εκτείνεται στον οδηγό ή να καταλαμβάνει την περιοχή υψηλού πεδίου κοντά στο κέντρο του. Το μήκος κωνικότητάς του, η κατανομή απωλειών και ο θερμικός σχεδιασμός του επιλέγονται για τη ζώνη συχνοτήτων και το επίπεδο ισχύος. Τα φορτία υψηλότερης ισχύος ενδέχεται να απαιτούν μεγαλύτερο σώμα, ψύκτρα ή ψύξη με εξαναγκασμένο αέρα για την ασφαλή απομάκρυνση της απορροφούμενης ενέργειας.
σχήμα 4 Κινητός εξασθενητής πτερυγίων
Κινητά εξασθενητικά πτερύγια
Ένα κινητό διηλεκτρικό πτερύγιο αλλάζει την εξασθένηση μετακινούμενο μέσα από περιοχές διαφορετικής έντασης ηλεκτρικού πεδίου. Στο κέντρο του πεδίου κυρίαρχης λειτουργίας, το πτερύγιο απορροφά περισσότερη ενέργεια. Κοντά σε ένα πλευρικό τοίχωμα, το πεδίο είναι ασθενέστερο και η εξασθένηση μειώνεται. Ο μηχανισμός παρέχει ρυθμιζόμενη μείωση σήματος χωρίς να αλλάζει η διαδρομή του κυματοδηγού.
Απώλειες κυματοδηγού έναντι αναντιστοιχίας σύνθετης αντίστασης
Η εξασθένηση και η αναντιστοιχία σχετίζονται αλλά δεν είναι το ίδιο. Μια αναντιστοιχία επιστρέφει μέρος της προσπίπτουσας ενέργειας στην πηγή, ενώ οι απώλειες αγωγού και διηλεκτρικού μετατρέπουν μέρος της εμπρόσθιας ενέργειας σε θερμότητα.
Οι κύριες πηγές υποβάθμισης είναι:
- αντανακλάσεις από σκαλοπάτια, καμπύλες, αισθητήρες, κενά στις φλάντζες ή μη ευθυγραμμισμένα τμήματα·
- απώλεια αγωγού που προκαλείται από επιφανειακό ρεύμα στα τοιχώματα του κυματοδηγού·
- διηλεκτρική απώλεια από παράθυρα, στηρίγματα, απορροφητές ή γεμισμένα τμήματα·
- τραχύτητα επιφάνειας, μόλυνση, διάβρωση και κακή ηλεκτρική επαφή.
Ένας κυματοδηγός συμπεριφέρεται επίσης ως δομή υψιπερατού. Οι συχνότητες κάτω από το όριο της επιλεγμένης λειτουργίας δεν διαδίδονται κανονικά και εξασθενούν έντονα. Για αυτόν τον λόγο, η ζώνη λειτουργίας, το μέγεθος του κυματοδηγού και η προβλεπόμενη λειτουργία πρέπει να επιβεβαιωθούν πριν από τη βελτιστοποίηση της αντιστοίχισης.
4. Μεταβάσεις, Προσαρμογείς και Φλαντζωτή Σύνδεση
Μια μετάβαση ή ένας προσαρμογέας αλλάζει σταδιακά το πεδίο μεταξύ διαφορετικών μεγεθών, προσανατολισμών ή μέσων μετάδοσης κυματοδηγών. Οι σταδιακές κωνικές μεταβάσεις γενικά παρέχουν ευρύτερη αντιστοίχιση από ένα μόνο αιχμηρό βήμα, ενώ μια συμπαγής βαθμιδωτή μετάβαση μπορεί να προτιμηθεί όταν ο χώρος είναι περιορισμένος.
Προσαρμογείς κυματοδηγού σε ομοαξονικόΣυνδυάστε μια μηχανική μετάβαση με έναν ανιχνευτή ή εκτοξευτή που διεγείρει την απαιτούμενη λειτουργία κυματοδηγού. Η θέση του ανιχνευτή, η απόσταση μεταξύ των κυμάτων και οποιοδήποτε στοιχείο συντονισμού πρέπει να συνεργάζονται σε όλη την καθορισμένη ζώνη.
Γιατί έχει σημασία η ευθυγράμμιση των φλαντζών;
Τα τμήματα κυματοδηγού συνήθως συνδέονται με φλάντζες. Η δουλειά τους είναι να διατηρούν τη μηχανική ευθυγράμμιση, να παρέχουν αξιόπιστη ηλεκτρική επαφή και να ελαχιστοποιούν τις διαρροές και την εσωτερική ανάκλαση. Ένα κενό, μια μετατόπιση, μια κατεστραμμένη επιφάνεια στεγανοποίησης ή μια ανομοιόμορφη πίεση μπουλονιού μπορεί να προκαλέσει σημαντική ασυνέχεια, ειδικά σε μικρότερα μήκη κύματος.
σχήμα 5 (α) απλή φλάντζα· (β) σύνδεσμος φλάντζας.
Απλές και ακριβείς φλάντζες
Οι απλές φλάντζες επαφής λειτουργούν καλά όταν οι επιφάνειες συναρμογής είναι επίπεδες, καθαρές και ευθυγραμμισμένες με ακρίβεια. Σε υψηλότερες συχνότητες, τα μικρά σφάλματα διαστάσεων αντιπροσωπεύουν ένα μεγαλύτερο κλάσμα του μήκους κύματος, επομένως το φινίρισμα της επιφάνειας, η ευθυγράμμιση των οδηγών και η ροπή στρέψης των μπουλονιών αποκτούν μεγαλύτερη σημασία.
Πρακτικοί έλεγχοι συναρμολόγησης
- επιβεβαιώστε ότι και τα δύο εξαρτήματα χρησιμοποιούν το ίδιο μέγεθος κυματοδηγού και συμβατό πρότυπο φλάντζας·
- καθαρίστε τις επιφάνειες σύνδεσης και επιθεωρήστε τες για βαθουλώματα, γρέζια ή διάβρωση·
- Ευθυγραμμίστε τα ανοίγματα πριν σφίξετε τα στοιχεία στερέωσης.
- Σφίξτε τα μπουλόνια ομοιόμορφα έτσι ώστε οι πλευρές των φλαντζών να παραμένουν παράλληλες.
- επαληθεύστε τη συναρμολογημένη διαδρομή με έναν βαθμονομημένο αναλυτή διανυσματικού δικτύου.
σχήμα 6 (α) Διατομή του συνδέσμου στραγγαλισμού· (β) όψη από το άκρο της φλάντζας στραγγαλισμού
Σύνδεσμος φλάντζας τσοκ
Μια φλάντζα στραγγαλισμού χρησιμοποιεί έναν εσοχή δακτύλιο ή αυλάκι γύρω από το άνοιγμα για τον έλεγχο του ρεύματος στην ένωση. Όταν διαστασιολογηθεί σωστά για τη ζώνη λειτουργίας, μπορεί να μειώσει την ευαισθησία σε ένα μικρό μηχανικό κενό και να βελτιώσει την ηλεκτρική σύνδεση. Επειδή το στραγγαλισμό εξαρτάται από τη συχνότητα, η γεωμετρία του πρέπει να ταιριάζει με την προβλεπόμενη ζώνη.
Πώς να επαληθεύσετε την αντιστοίχιση ενός κυματοδηγού
- Βαθμονομήστε έναν αναλυτή διανυσματικού δικτύου στα κατάλληλα επίπεδα αναφοράς.
- Μετρήστε το S11 ή την απώλεια επιστροφής σε ολόκληρη τη ζώνη λειτουργίας, όχι σε μία μόνο συχνότητα.
- Μετατρέψτε το αποτέλεσμα σε VSWR εάν αυτή είναι η προδιαγραφή του έργου.
- Ρυθμίστε τις βίδες συντονισμού ή άλλα μεταβλητά στοιχεία σε μικρά βήματα ενώ παρακολουθείτε την πλήρη σάρωση.
- Επαναλάβετε τον έλεγχο μετά την τελική σύσφιξη, τη θερμική σταθεροποίηση και την εγκατάσταση των παρακείμενων εξαρτημάτων.
Ένα καλό αποτέλεσμα ορίζεται από τις προδιαγραφές του συστήματος. Ένα μόνο σημείο χαμηλής ανάκλασης μπορεί να μην επαρκεί εάν η εφαρμογή απαιτεί ευρύ εύρος ζώνης, σταθερό χειρισμό ισχύος ή επαναλήψιμη απόδοση μετά τη συναρμολόγηση.
Πώς να επιλέξετε μια μέθοδο αντιστοίχισης
- Ίριδες:συμπαγές, σταθερό και κατάλληλο για σχεδιασμένη απόκριση συχνότητας.
- Στύλοι ή βίδες:ρυθμιζόμενο και χρήσιμο για τη ρύθμιση των ανοχών κατασκευής.
- Κλίσεις και μεταβάσεις:Προτιμάται όταν απαιτείται σταδιακός μετασχηματισμός πεδίου και ευρύτερο εύρος ζώνης.
- Αντιστοιχισμένα φορτία:τερματίζουν μια θύρα και απορροφούν την προσπίπτουσα ισχύ με χαμηλή ανάκλαση.
- Φλάντζες τσοκ:βελτιώστε επιλεγμένες συνδέσεις φλάντζας όταν δεν μπορεί να αποφευχθεί ένα μικρό κενό.
Εφαρμογές
Η αντιστοίχιση σύνθετης αντίστασης κυματοδηγού είναι σημαντική στα μπροστινά μέρη των ραντάρ, στον εξοπλισμό δορυφορικής επικοινωνίας, στις τροφοδοσίες κεραιών, στα συστήματα μέτρησης μικροκυμάτων, στους πομπούς, στους δέκτες και στις δοκιμές υψηλής ισχύος. Είναι επίσης κεντρικής σημασίας για την απόδοση προσαρμογέων, φορτίων, διακοπτών, ορθοτροπικών μετατροπέων και άλλων.εξαρτήματα κυματοδηγού.
Συχνές ερωτήσεις
Τι υποδηλώνει υψηλό VSWR σε ένα σύστημα κυματοδηγού;
Ένα υψηλό VSWR υποδεικνύει ότι ένα σημαντικό μέρος του προσπίπτοντος κύματος ανακλάται. Η αιτία μπορεί να είναι το ίδιο το φορτίο ή μια ασυνέχεια, όπως ένας προσαρμογέας, ένας αισθητήρας, μια καμπύλη, ένα κενό στη φλάντζα ή ένα μη ευθυγραμμισμένο τμήμα.
Μπορεί μια βίδα συντονισμού να παρέχει ευρυζωνική αντιστοίχιση;
Μια βίδα συντονισμού μπορεί να διορθώσει αποτελεσματικά μια αναντιστοιχία, αλλά μια ισχυρή συντονισμένη ρύθμιση μπορεί να είναι στενής ζώνης. Η απόδοση ευρυζωνικής ζώνης συνήθως απαιτεί τον από κοινού σχεδιασμό ολόκληρης της μετάβασης, της θέσης της βίδας και της περιβάλλουσας γεωμετρίας.
Πώς μπορούν να μειωθούν οι ανακλάσεις σε μια φλάντζα κυματοδηγού;
Χρησιμοποιήστε συμβατές φλάντζες, διατηρήστε τις επιφάνειες συναρμολόγησης καθαρές και επίπεδες, ευθυγραμμίστε τα ανοίγματα με ακρίβεια και σφίξτε τα συνδετικά στοιχεία ομοιόμορφα. Επιβεβαιώστε την τελική συναρμολόγηση με μια σάρωση αναλυτή δικτύου.
Ποια είναι η διαφορά μεταξύ ενός φορτίου κυματοδηγού και ενός εξασθενητή;
Ένα φορτίο τερματίζει μια θύρα και απορροφά σχεδόν όλη την προσπίπτουσα ενέργεια. Ένας εξασθενητής είναι μια συσκευή δύο θυρών που μειώνει το επίπεδο σήματος κατά ένα καθορισμένο ποσό ενώ μεταδίδει την υπόλοιπη ενέργεια στην έξοδό του.
Για βοήθεια στην επιλογή προσαρμογέα κυματοδηγού, φορτίου ή προσαρμοσμένης δομής αντιστοίχισης,επικοινωνήστε με την RF MISOμε το εύρος συχνοτήτων, το μέγεθος του κυματοδηγού, το εύρος ζώνης, το επίπεδο ισχύος και τον στόχο VSWR.
Ώρα δημοσίευσης: 15 Ιανουαρίου 2024
