จะบรรลุการจับคู่อิมพีแดนซ์ของท่อนำคลื่นได้อย่างไร?จากทฤษฎีสายส่งในทฤษฎีเสาอากาศไมโครสตริป เรารู้ว่าสามารถเลือกสายส่งแบบอนุกรมหรือแบบขนานที่เหมาะสมได้ เพื่อให้เกิดการจับคู่อิมพีแดนซ์ระหว่างสายส่งหรือระหว่างสายส่งกับโหลด เพื่อให้ได้การส่งผ่านกำลังสูงสุดและการสูญเสียการสะท้อนขั้นต่ำหลักการเดียวกันของการจับคู่อิมพีแดนซ์ในสายไมโครสตริปใช้กับการจับคู่อิมพีแดนซ์ในท่อนำคลื่นการสะท้อนกลับในระบบท่อนำคลื่นอาจทำให้เกิดความไม่ตรงกันของอิมพีแดนซ์ได้เมื่ออิมพีแดนซ์เสื่อมลง วิธีการแก้ปัญหาจะเหมือนกับสำหรับสายส่ง นั่นคือ การเปลี่ยนค่าที่ต้องการ อิมพีแดนซ์แบบก้อนจะถูกวางไว้ที่จุดที่คำนวณไว้ล่วงหน้าในท่อนำคลื่นเพื่อเอาชนะความไม่ตรงกัน ซึ่งจะช่วยขจัดผลกระทบของการสะท้อนในขณะที่สายส่งใช้อิมพีแดนซ์หรือสตับแบบก้อน ท่อนำคลื่นจะใช้บล็อกโลหะที่มีรูปร่างหลากหลาย
รูปที่ 1: ไอริสท่อนำคลื่นและวงจรเทียบเท่า (ก) คาปาซิทีฟ (ข) อุปนัย; (ค) เสียงสะท้อน
รูปที่ 1 แสดงการจับคู่อิมพีแดนซ์ประเภทต่างๆ โดยใช้รูปแบบใดๆ ที่แสดงไว้และอาจเป็นแบบคาปาซิทีฟ อินดัคทีฟ หรือเรโซแนนซ์การวิเคราะห์ทางคณิตศาสตร์มีความซับซ้อน แต่คำอธิบายทางกายภาพนั้นซับซ้อนเมื่อพิจารณาแถบโลหะแบบคาปาซิทีฟแถบแรกในรูป จะเห็นได้ว่าศักยภาพที่มีอยู่ระหว่างผนังด้านบนและด้านล่างของท่อนำคลื่น (ในโหมดเด่น) ขณะนี้อยู่ระหว่างพื้นผิวโลหะทั้งสองในบริเวณใกล้เคียง ดังนั้นความจุคือ จุดเพิ่มขึ้นในทางตรงกันข้าม บล็อกโลหะในรูปที่ 1b ยอมให้กระแสไหลในจุดที่ไม่เคยไหลมาก่อนจะมีการไหลของกระแสในระนาบสนามไฟฟ้าที่ได้รับการปรับปรุงก่อนหน้านี้ เนื่องจากมีการเพิ่มบล็อกโลหะดังนั้นการกักเก็บพลังงานจึงเกิดขึ้นในสนามแม่เหล็กและความเหนี่ยวนำที่จุดนั้นของท่อนำคลื่นจะเพิ่มขึ้นนอกจากนี้ หากรูปร่างและตำแหน่งของวงแหวนโลหะในรูปที่ c ได้รับการออกแบบอย่างสมเหตุสมผล รีแอคแทนซ์แบบเหนี่ยวนำและรีแอกแตนซ์แบบคาปาซิทีฟที่นำมาใช้จะเท่ากัน และรูรับแสงจะเป็นเรโซแนนซ์แบบขนานซึ่งหมายความว่าการจับคู่อิมพีแดนซ์และการปรับจูนของโหมดหลักนั้นดีมาก และเอฟเฟกต์การแบ่งของโหมดนี้จะน้อยมากอย่างไรก็ตาม โหมดหรือความถี่อื่นๆ จะถูกลดทอนลง ดังนั้นวงแหวนโลหะเรโซแนนซ์จึงทำหน้าที่เป็นทั้งตัวกรองแบนด์พาสและตัวกรองโหมด
รูปที่ 2:(a) เสานำคลื่น; (b) เครื่องจับคู่แบบสกรูสองตัว
วิธีปรับแต่งอีกวิธีหนึ่งแสดงไว้ด้านบน โดยที่เสาโลหะทรงกระบอกยื่นออกมาจากด้านกว้างด้านใดด้านหนึ่งเข้าไปในท่อนำคลื่น ซึ่งให้ผลเช่นเดียวกับแถบโลหะในแง่ของการให้ปฏิกิริยาแบบก้อนที่จุดนั้นเสาโลหะอาจเป็นแบบคาปาซิทีฟหรืออินดัคทีฟ ขึ้นอยู่กับว่าเสานั้นขยายเข้าไปในท่อนำคลื่นไกลแค่ไหนโดยพื้นฐานแล้ว วิธีจับคู่นี้คือเมื่อเสาโลหะขยายเข้าไปในท่อนำคลื่นเล็กน้อย มันจะให้ความไวต่อตัวเก็บประจุ ณ จุดนั้น และความไวต่อการรับประจุจะเพิ่มขึ้นจนกระทั่งการเจาะทะลุประมาณหนึ่งในสี่ของความยาวคลื่น ณ จุดนี้ เสียงสะท้อนแบบอนุกรมเกิดขึ้น .การทะลุผ่านของเสาโลหะเพิ่มเติมส่งผลให้เกิดความไวต่ออุปนัยซึ่งจะลดลงเมื่อการแทรกสมบูรณ์มากขึ้นความเข้มของเรโซแนนซ์ที่การติดตั้งจุดกึ่งกลางจะแปรผกผันกับเส้นผ่านศูนย์กลางของคอลัมน์และสามารถใช้เป็นตัวกรองได้ อย่างไรก็ตาม ในกรณีนี้ จะใช้เป็นตัวกรองแถบหยุดเพื่อส่งสัญญาณโหมดลำดับที่สูงขึ้นเมื่อเทียบกับการเพิ่มความต้านทานของแถบโลหะ ข้อได้เปรียบที่สำคัญของการใช้เสาโลหะคือสามารถปรับได้ง่ายตัวอย่างเช่น สามารถใช้สกรูสองตัวเป็นอุปกรณ์ปรับเพื่อให้ได้การจับคู่ท่อนำคลื่นที่มีประสิทธิภาพ
โหลดตัวต้านทานและตัวลดทอน:
เช่นเดียวกับระบบส่งกำลังอื่นๆ บางครั้งท่อนำคลื่นจำเป็นต้องมีการจับคู่อิมพีแดนซ์ที่สมบูรณ์แบบและโหลดที่ปรับจูนเพื่อดูดซับคลื่นที่เข้ามาได้เต็มที่โดยไม่มีการสะท้อน และเพื่อให้ไม่คำนึงถึงความถี่แอปพลิเคชันหนึ่งสำหรับเทอร์มินัลดังกล่าวคือทำการวัดกำลังต่างๆ บนระบบโดยไม่ต้องแผ่พลังงานใดๆ ออกมาจริงๆ
รูปที่ 3 โหลดความต้านทานของท่อนำคลื่น (ก) เทเปอร์เดี่ยว (ข) เทเปอร์คู่
การสิ้นสุดความต้านทานที่พบบ่อยที่สุดคือส่วนของไดอิเล็กทริกแบบสูญเสียที่ติดตั้งที่ส่วนท้ายของท่อนำคลื่นและเรียว (โดยปลายจะชี้ไปที่คลื่นที่เข้ามา) เพื่อไม่ให้เกิดการสะท้อนตัวกลางที่สูญเสียนี้อาจครอบครองความกว้างทั้งหมดของท่อนำคลื่น หรืออาจครอบครองเพียงจุดศูนย์กลางของปลายท่อนำคลื่น ดังแสดงในรูปที่ 3 เทเปอร์อาจเป็นเทเปอร์เดี่ยวหรือสองเทเปอร์ และโดยทั่วไปจะมีความยาว µp/2 โดยมีความยาวรวมประมาณสองช่วงคลื่นมักทำจากแผ่นอิเล็กทริก เช่น แก้ว เคลือบด้วยฟิล์มคาร์บอนหรือแก้วน้ำด้านนอกสำหรับการใช้งานที่มีกำลังสูง อาคารดังกล่าวสามารถเพิ่มแผงระบายความร้อนที่ด้านนอกของท่อนำคลื่น และพลังงานที่ส่งไปยังสถานีสามารถกระจายผ่านแผงระบายความร้อนหรือผ่านการระบายความร้อนด้วยอากาศแบบบังคับ
รูปที่ 4 ตัวลดทอนใบพัดแบบเคลื่อนย้ายได้
ตัวลดทอนแบบอิเล็กทริกสามารถถอดออกได้ดังแสดงในรูปที่ 4 เมื่อวางไว้ตรงกลางท่อนำคลื่น ก็สามารถเคลื่อนไปทางด้านข้างจากศูนย์กลางของท่อนำคลื่นได้ ซึ่งจะให้ค่าการลดทอนที่ยิ่งใหญ่ที่สุดไปยังขอบ ซึ่งการลดทอนจะลดลงอย่างมาก เนื่องจากความแรงของสนามไฟฟ้าของโหมดเด่นนั้นต่ำกว่ามาก
การลดทอนในท่อนำคลื่น:
การลดทอนพลังงานของท่อนำคลื่นส่วนใหญ่จะมีลักษณะดังต่อไปนี้:
1. ภาพสะท้อนจากความไม่ต่อเนื่องของท่อนำคลื่นภายในหรือส่วนของท่อนำคลื่นที่ไม่ตรงแนว
2. การสูญเสียที่เกิดจากกระแสที่ไหลในผนังท่อนำคลื่น
3. การสูญเสียอิเล็กทริกในท่อนำคลื่นที่เติม
สองอันสุดท้ายมีความคล้ายคลึงกับการสูญเสียที่สอดคล้องกันในสายโคแอกเซียลและมีขนาดค่อนข้างเล็กทั้งคู่การสูญเสียนี้ขึ้นอยู่กับวัสดุผนังและความหยาบของมัน ไดอิเล็กทริกที่ใช้ และความถี่ (เนื่องจากผลกระทบของผิวหนัง)สำหรับท่อร้อยสายทองเหลือง ช่วงจะอยู่ที่ 4 dB/100 ม. ที่ 5 GHz ถึง 12 dB/100 ม. ที่ 10 GHz แต่สำหรับท่ออลูมิเนียมจะมีช่วงที่ต่ำกว่าสำหรับท่อนำคลื่นเคลือบเงิน โดยทั่วไปการสูญเสียจะอยู่ที่ 8dB/100m ที่ 35 GHz, 30dB/100m ที่ 70 GHz และใกล้เคียง 500 dB/100m ที่ 200 GHzเพื่อลดการสูญเสีย โดยเฉพาะที่ความถี่สูงสุด บางครั้งท่อนำคลื่นจะถูกชุบ (ภายใน) ด้วยทองคำหรือแพลทินัม
ดังที่ได้กล่าวไปแล้ว ท่อนำคลื่นทำหน้าที่เป็นตัวกรองความถี่สูงผ่านแม้ว่าท่อนำคลื่นเองแทบจะไม่สูญเสียความถี่เลย แต่ความถี่ที่ต่ำกว่าความถี่คัตออฟจะถูกลดทอนลงอย่างรุนแรงการลดทอนนี้เกิดจากการสะท้อนที่ปากท่อนำคลื่นมากกว่าการแพร่กระจาย
การมีเพศสัมพันธ์ท่อนำคลื่น:
การมีเพศสัมพันธ์ของท่อนำคลื่นมักจะเกิดขึ้นผ่านหน้าแปลนเมื่อชิ้นส่วนหรือส่วนประกอบของท่อนำคลื่นถูกเชื่อมต่อเข้าด้วยกันหน้าที่ของหน้าแปลนนี้คือเพื่อให้แน่ใจว่าการเชื่อมต่อทางกลราบรื่นและคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่เหมาะสม โดยเฉพาะอย่างยิ่งการแผ่รังสีภายนอกต่ำและการสะท้อนภายในต่ำ
หน้าแปลน:
หน้าแปลนท่อนำคลื่นถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการสื่อสารไมโครเวฟ ระบบเรดาร์ การสื่อสารผ่านดาวเทียม ระบบเสาอากาศ และอุปกรณ์ห้องปฏิบัติการในการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ใช้เพื่อเชื่อมต่อท่อนำคลื่นส่วนต่างๆ เพื่อให้แน่ใจว่ามีการป้องกันการรั่วไหลและการรบกวน และรักษาการจัดตำแหน่งท่อนำคลื่นที่แม่นยำเพื่อให้แน่ใจว่ามีการส่งสัญญาณที่เชื่อถือได้สูงและการวางตำแหน่งคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่ที่แม่นยำท่อนำคลื่นทั่วไปมีหน้าแปลนที่ปลายแต่ละด้าน ดังแสดงในรูปที่ 5
รูปที่ 5 (ก) หน้าแปลนธรรมดา (ข) ข้อต่อหน้าแปลน
ที่ความถี่ต่ำกว่า หน้าแปลนจะถูกประสานหรือเชื่อมเข้ากับท่อนำคลื่น ในขณะที่ความถี่ที่สูงกว่า จะใช้หน้าแปลนแบนที่มีก้นแบนกว่าเมื่อเชื่อมต่อสองส่วนเข้าด้วยกัน หน้าแปลนจะยึดติดกัน แต่ปลายจะต้องเรียบลื่นเพื่อหลีกเลี่ยงการไม่ต่อเนื่องในการเชื่อมต่อเห็นได้ชัดว่าการจัดวางส่วนประกอบอย่างถูกต้องด้วยการปรับเปลี่ยนบางอย่างทำได้ง่ายกว่า ดังนั้นท่อนำคลื่นขนาดเล็กบางครั้งจึงติดตั้งหน้าแปลนแบบเกลียวที่สามารถขันสกรูร่วมกับน็อตแหวนได้เมื่อความถี่เพิ่มขึ้น ขนาดของข้อต่อท่อนำคลื่นจะลดลงตามธรรมชาติ และความไม่ต่อเนื่องของข้อต่อจะมีขนาดใหญ่ขึ้นตามสัดส่วนความยาวคลื่นของสัญญาณและขนาดท่อนำคลื่นดังนั้นความไม่ต่อเนื่องที่ความถี่สูงกว่าจึงเป็นปัญหามากขึ้น
รูปที่ 6 (a) ภาพตัดขวางของข้อต่อโช้ค (b) มุมมองด้านท้ายของหน้าแปลนโช้ค
เพื่อแก้ปัญหานี้ สามารถเว้นช่องว่างเล็กๆ ระหว่างท่อนำคลื่นได้ ดังแสดงในรูปที่ 6 ข้อต่อโช้คประกอบด้วยหน้าแปลนธรรมดาและหน้าแปลนโช้คที่เชื่อมต่อเข้าด้วยกันเพื่อชดเชยความไม่ต่อเนื่องที่อาจเกิดขึ้น มีการใช้แหวนโช้คทรงกลมที่มีหน้าตัดรูปตัว L ในหน้าแปลนโช้คเพื่อให้การเชื่อมต่อแน่นยิ่งขึ้นต่างจากหน้าแปลนทั่วไป หน้าแปลนโช้คมีความไวต่อความถี่ แต่การออกแบบที่ได้รับการปรับปรุงให้เหมาะสมสามารถรับประกันแบนด์วิธที่เหมาะสม (อาจ 10% ของความถี่กลาง) ซึ่ง SWR ไม่เกิน 1.05
เวลาโพสต์: 15 ม.ค. 2024
