Wéi kann een d'Impedanzanpassung vu Wellenleiter erreechen? Aus der Transmissiounsleitungstheorie an der Mikrostrip-Antennentheorie wësse mer, datt passend Serien- oder Parallel-Transmissiounsleitungen ausgewielt kënne ginn, fir d'Impedanzanpassung tëscht Transmissiounsleitungen oder tëscht Transmissiounsleitungen a Lasten z'erreechen, fir eng maximal Leeschtungsiwwerdroung a minimale Reflexiounsverloscht z'erreechen. Dee selwechte Prinzip vun der Impedanzanpassung a Mikrostripleitungen gëllt fir d'Impedanzanpassung a Wellenleiter. Reflexiounen a Wellenleitersystemer kënnen zu Impedanzmismatches féieren. Wann eng Impedanzverschlechterung optrieden, ass d'Léisung déiselwecht wéi fir Transmissiounsleitungen, dat heescht, den erfuerderleche Wäert z'änneren. Déi geklappt Impedanz gëtt op virberechent Punkten am Wellenleiter placéiert, fir d'Mismatch ze iwwerwannen an doduerch d'Effekter vu Reflexiounen ze eliminéieren. Wärend Transmissiounsleitungen geklappt Impedanzen oder Stëbs benotzen, benotze Wellenleiter Metallblöcke vu verschiddene Formen.
Figur 1: Wellenleiter-Irisen a gläichwäerteg Schaltung, (a) kapazitiv; (b) induktiv; (c) resonant.
Figur 1 weist déi verschidden Aarte vun Impedanzanpassung, déi all déi gewisen Forme kënnen unhuelen a kapazitiv, induktiv oder resonant kënne sinn. Déi mathematesch Analyse ass komplex, awer déi physikalesch Erklärung net. Wann een den éischte kapazitive Metallsträifen an der Figur betruecht, kann een gesinn, datt de Potenzial, deen tëscht der ieweschter an ënneschter Mauer vum Wellenleiter (am dominante Modus) existéiert huet, elo tëscht den zwou Metalloberflächen, déi méi no beienee leien, existéiert, sou datt d'Kapazitéit um Punkt eropgeet. Am Géigesaz dozou erlaabt de Metallblock an der Figur 1b de Stroum ze fléissen, wou en virdru net gefloss ass. Et gëtt e Stroumfloss an der virdru verbesserter elektrescher Feldfläch wéinst der Zousaz vum Metallblock. Dofir geschitt Energiespäicherung am Magnéitfeld an d'Induktivitéit op deem Punkt vum Wellenleiter klëmmt. Zousätzlech, wann d'Form a Positioun vum Metallrank an der Figur c vernünfteg entworf sinn, sinn déi induktiv Reaktanz an déi kapazitiv Reaktanz, déi agefouert ginn, gläich, an d'Apertur wäert parallel Resonanz sinn. Dëst bedeit, datt d'Impedanzanpassung an d'Ofstëmmung vum Haaptmodus ganz gutt ass, an den Shunteffekt vun dësem Modus vernoléissegbar ass. Wéi och ëmmer, aner Modi oder Frequenzen ginn ofgeschwächt, sou datt de resonante Metallring souwuel als Bandpassfilter wéi och als Modusfilter wierkt.
Figur 2: (a) Wellenleiterpfosten; (b) Zwee-Schrauben-Upasser
Eng aner Method fir ofzestëmmen ass uewe gewisen, wou e zylindresche Metallpfosten vun enger vun de breede Säiten an de Wellenleiter erausstécht, wat deeselwechten Effekt huet wéi e Metallsträifen, wat d'Liwwerung vun enger geklappter Reaktanz op deem Punkt ugeet. De Metallpfosten kann kapazitiv oder induktiv sinn, jee nodeem wéi wäit en an de Wellenleiter erausstécht. Am Fong besteet dës Matching-Method doran, datt wann sou eng Metallpfosten liicht an de Wellenleiter erausstécht, en eng kapazitiv Susceptanz op deem Punkt liwwert, an déi kapazitiv Susceptanz klëmmt bis d'Penetratioun ongeféier e Véirel vun enger Wellelängt ass. Op dësem Punkt trëtt eng Serieresonanz op. Weider Penetratioun vum Metallpfosten resultéiert an enger induktiver Susceptanz, déi ofhëlt wann d'Aféierung méi komplett ass. D'Resonanzintensitéit um Mëttelpunkt vun der Installatioun ass ëmgedréint proportional zum Duerchmiesser vun der Sail a kann als Filter benotzt ginn, awer an dësem Fall gëtt se als Bandstopfilter benotzt fir méi héich Uerdnungsmodi ze iwwerdroen. Am Verglach mat der Erhéijung vun der Impedanz vu Metallsträifen ass e groussen Avantage vun der Benotzung vu Metallpfosten, datt se einfach unzepassen sinn. Zum Beispill kënnen zwou Schrauwen als Ofstëmmungsapparater benotzt ginn fir eng effizient Wellenleiter-Upassung z'erreechen.
Resistiv Lasten an Dämpfer:
Wéi all aner Transmissiounssystem brauche Wellenleiter heiansdo eng perfekt Impedanzanpassung an ofgestëmmt Lasten, fir ukommende Wellen vollstänneg ouni Reflexioun ze absorbéieren a frequenzonempfindlech ze sinn. Eng Uwendung fir sou Terminaler ass et, verschidde Leeschtungsmiessungen um System ze maachen, ouni tatsächlech Leeschtung auszestralen.
Figur 3 Wellenleiterwiderstandsbelaaschtung (a) eenzel Konizitéit (b) duebel Konizitéit
Déi heefegst resistent Terminatioun ass eng Sektioun vun engem verloschtvollen Dielektrikum, deen um Enn vum Wellenleiter installéiert ass a konisch ass (mat der Spëtzt Richtung der akommender Well), fir keng Reflexiounen ze verursaachen. Dëst verloschtvollen Medium kann déi ganz Breet vum Wellenleiter ausmaachen, oder et kann nëmmen d'Mëtt vum Enn vum Wellenleiter ausmaachen, wéi an der Figur 3 gewisen. D'Konizitéit kann einfach oder duebel konisch sinn an huet typescherweis eng Längt vun λp/2, mat enger Gesamtlängt vun ongeféier zwou Wellelängten. Normalerweis aus dielektresche Placke wéi Glas gemaach, déi op der Äussewelt mat Kuelestofffilm oder Waasserglas beschichtet sinn. Fir Héichleistungsapplikatioune kënnen esou Terminaler Hëtzesénkelen op der Äussewelt vum Wellenleiter hunn, an d'Leeschtung, déi un den Terminal geliwwert gëtt, kann duerch den Hëtzesénkel oder duerch gezwongen Loftkillung ofgeleet ginn.
Figur 4 Beweegleche Lamellendämpfer
Dielektresch Dämpfungselementer kënnen eraushuelbar gemaach ginn, wéi an der Figur 4 gewisen. Wann se an der Mëtt vum Wellenleiter placéiert sinn, kënne se lateral vun der Mëtt vum Wellenleiter, wou se déi gréisst Dämpfung ubidden, bis un d'Kante geréckelt ginn, wou d'Dämpfung staark reduzéiert ass, well d'elektresch Feldstäerkt vum dominante Modus vill méi niddreg ass.
Dämpfung am Wellenleiter:
D'Energiedämpfung vu Wellenleiter ëmfaasst haaptsächlech déi folgend Aspekter:
1. Reflexiounen duerch intern Wellenleiter-Diskontinuitéiten oder falsch ausgeriicht Wellenleiter-Sektiounen
2. Verloschter verursaacht duerch Stroum, deen a Wellenleiterwänn fléisst
3. Dielektresch Verloschter a gefëllte Wellenleiter
Déi lescht zwee sinn ähnlech wéi déi entspriechend Verloschter a Koaxialleitungen a si béid relativ kleng. Dëse Verloscht hänkt vum Wandmaterial a senger Rauheet, dem benotzten Dielektrikum an der Frequenz (wéinst dem Skin-Effekt) of. Fir Messingleitungen ass de Beräich vu 4 dB/100m bei 5 GHz bis 12 dB/100m bei 10 GHz, awer fir Aluminiumleitungen ass de Beräich méi niddereg. Fir sëlwerbeschichtete Wellenleiter sinn d'Verloschter typescherweis 8dB/100m bei 35 GHz, 30dB/100m bei 70 GHz a bal 500 dB/100m bei 200 GHz. Fir Verloschter ze reduzéieren, besonnesch bei den héchste Frequenzen, gi Wellenleiter heiansdo (intern) mat Gold oder Platin beschichtet.
Wéi scho gesot, funktionéiert de Wellenleiter als Héichpassfilter. Och wann de Wellenleiter selwer praktesch ouni Verloschter ass, sinn d'Frequenzen ënner der Ofgrenzungsfrequenz staark ofgeschwächt. Dës Ofdämpfung ass éischter op d'Reflexioun um Wellenleitermënd wéi op d'Ausbreedung zeréckzeféieren.
Wellenleiterkupplung:
Wellenleiterkupplung geschitt normalerweis iwwer Flange wann Wellenleiterdeeler oder Komponenten zesummegeschloss ginn. D'Funktioun vun dësem Flange ass et, eng reibungslos mechanesch Verbindung an entspriechend elektresch Eegeschaften ze garantéieren, besonnesch eng niddreg extern Stralung an eng niddreg intern Reflexioun.
Flansch:
Wellenleiterflanschen gi wäit verbreet a Mikrowellenkommunikatioun, Radarsystemer, Satellittekommunikatioun, Antennensystemer a Laborausrüstung an der wëssenschaftlecher Fuerschung benotzt. Si gi benotzt fir verschidde Wellenleitersektiounen ze verbannen, Leckage an Interferenzen ze vermeiden, an eng präzis Ausriichtung vum Wellenleiter ze garantéieren, fir eng héich zouverlässeg Iwwerdroung a präzis Positionéierung vun elektromagnetesche Wellen ze garantéieren. En typesche Wellenleiter huet e Flansch un all Enn, wéi an der Figur 5 gewisen.
Figur 5 (a) einfache Flansch; (b) Flanschkupplung.
Bei méi niddrege Frequenzen gëtt de Flansch un de Wellenleiter geléit oder geschweesst, während bei méi héije Frequenzen e flaache Flachflansch benotzt gëtt. Wann zwou Deeler verbonne sinn, ginn d'Flanschen zesummegeschrauft, awer d'Ennen mussen glat ofgeschloss sinn, fir Diskontinuitéiten an der Verbindung ze vermeiden. Et ass natierlech méi einfach, d'Komponenten mat e puer Upassungen richteg auszeriichten, dofir sinn méi kleng Wellenleiter heiansdo mat Gewënnflanschen ausgestatt, déi mat enger Ringmutter zesummegeschrauft kënne ginn. Mat der Erhéijung vun der Frequenz hëlt d'Gréisst vun der Wellenleiterkupplung natierlech of, an d'Diskontinuitéit vun der Kopplung gëtt méi grouss a Proportioun zur Signalwellelängt an der Gréisst vun der Wellenleiter. Dofir ginn Diskontinuitéiten bei méi héije Frequenzen méi problematesch.
Figur 6 (a) Querschnitt vun der Drosselkupplung; (b) Ennvue vum Drosselflansch
Fir dëst Problem ze léisen, kann eng kleng Spalt tëscht de Wellenleiter gelooss ginn, wéi an der Figur 6 gewisen. Eng Drosselkupplung, déi aus engem normale Flansch an engem Drosselflang besteet, déi matenee verbonne sinn. Fir méiglech Diskontinuitéiten auszegläichen, gëtt e kreesfërmegen Drosselrank mat engem L-fërmegen Querschnitt am Drosselflang benotzt, fir eng méi enk Verbindung z'erreechen. Am Géigesaz zu normale Flanschen si Drosselflangschen frequenzempfindlech, awer en optiméierten Design kann eng raisonnabel Bandbreet (vläicht 10% vun der Mëttelfrequenz) garantéieren, iwwer déi de SWR net méi wéi 1,05 ass.
Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 15. Januar 2024
