Làm thế nào để đạt được sự kết hợp trở kháng của ống dẫn sóng?Từ lý thuyết đường truyền trong lý thuyết ăng-ten vi dải, chúng ta biết rằng có thể chọn đường truyền nối tiếp hoặc song song phù hợp để đạt được sự phối hợp trở kháng giữa các đường truyền hoặc giữa đường truyền và tải để đạt được công suất truyền tải tối đa và tổn thất phản xạ tối thiểu.Nguyên tắc phối hợp trở kháng tương tự trong các đường vi dải cũng được áp dụng cho phối hợp trở kháng trong ống dẫn sóng.Sự phản xạ trong hệ thống ống dẫn sóng có thể dẫn đến sự không phù hợp trở kháng.Khi xảy ra suy giảm trở kháng, giải pháp cũng giống như đối với đường truyền, tức là thay đổi giá trị yêu cầu Trở kháng gộp được đặt tại các điểm đã tính toán trước trong ống dẫn sóng để khắc phục tình trạng không khớp, từ đó loại bỏ ảnh hưởng của phản xạ.Trong khi các đường truyền sử dụng trở kháng tập trung hoặc gốc thì ống dẫn sóng sử dụng các khối kim loại có hình dạng khác nhau.
Hình 1: Các tròng đen của ống dẫn sóng và mạch tương đương,(a)Điện dung;(b)điện cảm;(c)cộng hưởng.
Hình 1 thể hiện các loại kết hợp trở kháng khác nhau, có bất kỳ dạng nào được hiển thị và có thể là điện dung, điện cảm hoặc cộng hưởng.Việc phân tích toán học rất phức tạp nhưng cách giải thích vật lý thì không.Xét dải kim loại điện dung đầu tiên trong hình, có thể thấy rằng điện thế tồn tại giữa thành trên và thành dưới của ống dẫn sóng (ở chế độ chiếm ưu thế) hiện tồn tại giữa hai bề mặt kim loại ở gần nhau hơn, do đó điện dung là The điểm tăng lên.Ngược lại, khối kim loại trong Hình 1b cho phép dòng điện chạy đến nơi trước đó nó không chạy.Sẽ có dòng điện chạy trong mặt phẳng điện trường được tăng cường trước đó do có thêm khối kim loại.Do đó, việc tích trữ năng lượng xảy ra trong từ trường và độ tự cảm tại điểm đó của ống dẫn sóng tăng lên.Ngoài ra, nếu hình dạng và vị trí của vòng kim loại trong Hình c được thiết kế hợp lý thì điện kháng cảm ứng và điện dung được đưa vào sẽ bằng nhau và khe hở sẽ cộng hưởng song song.Điều này có nghĩa là khả năng điều chỉnh và kết hợp trở kháng của chế độ chính là rất tốt và hiệu ứng shunt của chế độ này sẽ không đáng kể.Tuy nhiên, các chế độ hoặc tần số khác sẽ bị suy giảm, do đó vòng kim loại cộng hưởng đóng vai trò vừa là bộ lọc thông dải vừa là bộ lọc chế độ.
hình 2:(a)trụ ống dẫn sóng;(b)bộ khớp nối hai vít
Một cách điều chỉnh khác được trình bày ở trên, trong đó một cột kim loại hình trụ kéo dài từ một trong các cạnh rộng vào ống dẫn sóng, có tác dụng tương tự như một dải kim loại về mặt tạo ra điện kháng tập trung tại điểm đó.Trụ kim loại có thể mang điện dung hoặc cảm ứng, tùy thuộc vào khoảng cách nó kéo dài vào ống dẫn sóng.Về cơ bản, phương pháp so khớp này là khi một cột kim loại như vậy hơi kéo dài vào trong ống dẫn sóng, nó sẽ tạo ra độ cảm điện dung tại điểm đó và độ cảm điện dung tăng lên cho đến khi độ xuyên thấu đạt khoảng 1/4 bước sóng. Tại thời điểm này, xảy ra cộng hưởng chuỗi .Sự thâm nhập sâu hơn của trụ kim loại dẫn đến một cảm ứng cảm ứng được cung cấp và giảm đi khi việc chèn trở nên hoàn chỉnh hơn.Cường độ cộng hưởng khi lắp đặt điểm giữa tỷ lệ nghịch với đường kính của cột và có thể được sử dụng làm bộ lọc, tuy nhiên, trong trường hợp này, nó được sử dụng làm bộ lọc chặn băng tần để truyền các chế độ bậc cao hơn.So với việc tăng trở kháng của dải kim loại, ưu điểm lớn của việc sử dụng trụ kim loại là chúng dễ điều chỉnh.Ví dụ, hai ốc vít có thể được sử dụng làm thiết bị điều chỉnh để đạt được sự kết hợp ống dẫn sóng hiệu quả.
Tải điện trở và bộ suy giảm:
Giống như bất kỳ hệ thống truyền dẫn nào khác, ống dẫn sóng đôi khi yêu cầu kết hợp trở kháng hoàn hảo và điều chỉnh tải để hấp thụ hoàn toàn các sóng tới mà không bị phản xạ và không nhạy cảm với tần số.Một ứng dụng cho các thiết bị đầu cuối như vậy là thực hiện các phép đo công suất khác nhau trên hệ thống mà không thực sự phát ra bất kỳ công suất nào.
hình 3 tải điện trở ống dẫn sóng(a)độ côn đơn(b)độ côn đôi
Đầu cuối điện trở phổ biến nhất là một phần chất điện môi bị tổn hao được lắp đặt ở cuối ống dẫn sóng và được làm thon (với đầu hướng về phía sóng tới) để không gây ra phản xạ.Môi trường suy hao này có thể chiếm toàn bộ chiều rộng của ống dẫn sóng hoặc có thể chỉ chiếm phần trung tâm của phần cuối của ống dẫn sóng, như trong Hình 3. Phần côn có thể là côn đơn hoặc côn đôi và thường có chiều dài λp/2, với tổng chiều dài khoảng hai bước sóng.Thường được làm bằng các tấm điện môi như thủy tinh, phủ một lớp màng carbon hoặc thủy tinh nước ở bên ngoài.Đối với các ứng dụng công suất cao, các thiết bị đầu cuối như vậy có thể có thêm bộ tản nhiệt ở bên ngoài ống dẫn sóng và năng lượng được cung cấp cho thiết bị đầu cuối có thể bị tiêu tán qua bộ tản nhiệt hoặc thông qua làm mát không khí cưỡng bức.
hình 4 Bộ suy giảm cánh di động
Bộ suy giảm điện môi có thể được tháo rời như trong Hình 4. Được đặt ở giữa ống dẫn sóng, nó có thể được di chuyển theo chiều ngang từ tâm của ống dẫn sóng, nơi nó sẽ tạo ra sự suy giảm lớn nhất, đến các cạnh, nơi sự suy giảm được giảm đi đáng kể vì cường độ điện trường của chế độ ưu thế thấp hơn nhiều.
Sự suy giảm trong ống dẫn sóng:
Sự suy giảm năng lượng của ống dẫn sóng chủ yếu bao gồm các khía cạnh sau:
1. Phản xạ từ sự gián đoạn bên trong ống dẫn sóng hoặc các phần ống dẫn sóng bị lệch
2. Tổn hao do dòng điện chạy trong vách ống dẫn sóng
3. Tổn thất điện môi trong ống dẫn sóng đầy
Hai tổn thất cuối cùng tương tự như tổn thất tương ứng trên đường dây đồng trục và cả hai đều tương đối nhỏ.Sự mất mát này phụ thuộc vào vật liệu tường và độ nhám của nó, chất điện môi được sử dụng và tần số (do hiệu ứng bề mặt).Đối với ống dẫn bằng đồng, phạm vi từ 4 dB/100m ở tần số 5 GHz đến 12 dB/100m ở tần số 10 GHz, nhưng đối với ống dẫn bằng nhôm, phạm vi này thấp hơn.Đối với ống dẫn sóng phủ bạc, tổn thất thường là 8dB/100m ở 35 GHz, 30dB/100m ở 70 GHz và gần 500 dB/100m ở 200 GHz.Để giảm tổn thất, đặc biệt là ở tần số cao nhất, ống dẫn sóng đôi khi được mạ (bên trong) bằng vàng hoặc bạch kim.
Như đã chỉ ra, ống dẫn sóng hoạt động như một bộ lọc thông cao.Mặc dù bản thân ống dẫn sóng hầu như không bị suy hao nhưng các tần số dưới tần số cắt bị suy giảm nghiêm trọng.Sự suy giảm này là do sự phản xạ ở miệng ống dẫn sóng chứ không phải do sự lan truyền.
Khớp nối ống dẫn sóng:
Khớp nối ống dẫn sóng thường xảy ra thông qua các mặt bích khi các bộ phận hoặc bộ phận của ống dẫn sóng được nối với nhau.Chức năng của mặt bích này là đảm bảo kết nối cơ học trơn tru và các đặc tính điện phù hợp, đặc biệt là bức xạ bên ngoài thấp và độ phản xạ bên trong thấp.
Mặt bích:
Mặt bích ống dẫn sóng được sử dụng rộng rãi trong thông tin vi sóng, hệ thống radar, thông tin vệ tinh, hệ thống ăng-ten và thiết bị thí nghiệm trong nghiên cứu khoa học.Chúng được sử dụng để kết nối các phần ống dẫn sóng khác nhau, đảm bảo ngăn chặn rò rỉ và nhiễu, đồng thời duy trì sự liên kết chính xác của ống dẫn sóng để đảm bảo truyền tải đáng tin cậy và định vị chính xác các sóng điện từ tần số.Một ống dẫn sóng điển hình có một mặt bích ở mỗi đầu, như trong Hình 5.
hình 5 (a) mặt bích trơn; (b) khớp nối mặt bích.
Ở tần số thấp hơn, mặt bích sẽ được hàn đồng hoặc hàn vào ống dẫn sóng, trong khi ở tần số cao hơn, mặt bích phẳng đối đầu phẳng hơn được sử dụng.Khi hai bộ phận được nối với nhau, các mặt bích được bắt vít với nhau nhưng các đầu phải được hoàn thiện trơn tru để tránh sự gián đoạn trong kết nối.Rõ ràng việc căn chỉnh các thành phần một cách chính xác sẽ dễ dàng hơn bằng một số điều chỉnh, do đó, các ống dẫn sóng nhỏ hơn đôi khi được trang bị mặt bích có ren có thể được vặn vào nhau bằng đai ốc vòng.Khi tần số tăng lên, kích thước của khớp nối ống dẫn sóng sẽ giảm một cách tự nhiên và độ gián đoạn ghép nối trở nên lớn hơn tỷ lệ với bước sóng tín hiệu và kích thước ống dẫn sóng.Do đó, sự gián đoạn ở tần số cao hơn trở nên rắc rối hơn.
hình 6 (a) Mặt cắt ngang của khớp nối cuộn cảm; (b) hình chiếu mặt cuối của mặt bích cuộn cảm
Để giải quyết vấn đề này, có thể chừa một khoảng trống nhỏ giữa các ống dẫn sóng, như trong Hình 6. Một khớp nối cuộn cảm bao gồm một mặt bích thông thường và một mặt bích cuộn cảm được nối với nhau.Để bù đắp cho những điểm gián đoạn có thể xảy ra, một vòng cuộn cảm hình tròn có tiết diện hình chữ L được sử dụng trong mặt bích cuộn cảm để đạt được kết nối vừa khít hơn.Không giống như mặt bích thông thường, mặt bích cuộn cảm nhạy cảm với tần số, nhưng thiết kế tối ưu hóa có thể đảm bảo băng thông hợp lý (có thể là 10% tần số trung tâm) mà SWR không vượt quá 1,05.
Thời gian đăng: Jan-15-2024
