כיצד להשיג התאמת עכבה של מובילי גל?מתורת קו ההולכה בתורת אנטנות המיקרו-סטריפ, אנו יודעים שניתן לבחור קווי תמסורת מתאימים או מקבילים כדי להשיג התאמת עכבה בין קווי תמסורת או בין קווי תמסורת ועומסים כדי להשיג שידור כוח מקסימלי ואובדן השתקפות מינימלי.אותו עיקרון של התאמת עכבה בקווי מיקרו-סטריפ חל על התאמת עכבה במוליכי גל.השתקפויות במערכות מוליכי גל עלולות להוביל לאי התאמה של עכבה.כאשר מתרחשת הידרדרות עכבה, הפתרון זהה לקווי תמסורת, כלומר, שינוי הערך הנדרש. העכבה הגושית ממוקמת בנקודות מחושבות מראש במוליך הגל כדי להתגבר על חוסר ההתאמה, ובכך לבטל את ההשפעות של השתקפויות.בעוד שקווי תמסורת משתמשים בעכבות או בסתימות, מוליכי גל משתמשים בלוקים מתכתיים בצורות שונות.
איור 1: קשתיות מוליכי גל ומעגל שווה ערך, (א) קיבולי; (ב) אינדוקטיבי; (ג) תהודה.
איור 1 מציג את הסוגים השונים של התאמת עכבות, לובשת כל אחת מהצורות המוצגות ויכולה להיות קיבולית, אינדוקטיבית או תהודה.הניתוח המתמטי מורכב, אבל ההסבר הפיזי לא.בהתחשב ברצועת המתכת הקיבולית הראשונה באיור, ניתן לראות שהפוטנציאל שהיה קיים בין הקירות העליונים והתחתונים של מוליך הגל (במצב הדומיננטי) קיים כעת בין שני משטחי המתכת בסמיכות רבה יותר, כך שהקיבול הוא הנקודה עולה.לעומת זאת, בלוק המתכת באיור 1b מאפשר לזרם לזרום במקום בו לא זרם קודם לכן.תהיה זרימת זרם במישור השדה החשמלי שהוגבר בעבר עקב הוספת בלוק המתכת.לכן, אגירת אנרגיה מתרחשת בשדה המגנטי וההשראות בנקודה זו של מוליך הגל עולה.בנוסף, אם הצורה והמיקום של טבעת המתכת באיור ג מתוכננים בצורה סבירה, התגובה האינדוקטיבית והתגובה הקיבולית שיוצגו יהיו שווים, והפתח יהיה תהודה מקבילה.המשמעות היא שהתאמת העכבה והכוונון של המצב הראשי טובים מאוד, ואפקט ה-shunting של מצב זה יהיה זניח.עם זאת, מצבים או תדרים אחרים יוחלשו, כך שטבעת המתכת התהודה פועלת גם כמסנן פס וגם כמסנן מצב.
איור 2: (א) עמודי מוליך גל; (ב) תואם שני ברגים
דרך נוספת לכוונון מוצגת למעלה, כאשר עמוד מתכת גלילי משתרע מאחד הצדדים הרחבים לתוך מוביל הגל, בעל אפקט זהה לרצועת מתכת במונחים של מתן תגובת גושים בנקודה זו.עמוד המתכת יכול להיות קיבולי או אינדוקטיבי, תלוי כמה רחוק הוא משתרע לתוך מוליך הגל.בעיקרו של דבר, שיטת ההתאמה הזו היא שכאשר עמוד מתכת כזה משתרע מעט לתוך מוליך הגל, הוא מספק קולט קיבולי באותה נקודה, והקולח הקיבולי גדל עד שהחדירה היא כרבע אורך גל, בשלב זה, מתרחשת תהודה סדרתית .חדירה נוספת של עמוד המתכת מביאה לסופק אינדוקטיבי אשר פוחת ככל שההחדרה הופכת שלמה יותר.עוצמת התהודה בהתקנת נקודת האמצע עומדת ביחס הפוך לקוטר העמוד וניתן להשתמש בה כמסנן, אולם במקרה זה הוא משמש כמסנן עצירת פס להעברת מצבים מסדר גבוה יותר.בהשוואה להגדלת העכבה של פסי מתכת, יתרון מרכזי בשימוש בעמודי מתכת הוא שקל להתאים אותם.לדוגמה, שני ברגים יכולים לשמש כמכשירי כוונון כדי להשיג התאמת מוליך גל יעילה.
עומסים התנגדות ומחלישים:
כמו כל מערכת שידור אחרת, מוליכי גל דורשים לפעמים התאמת עכבה מושלמת ועומסים מכוונים כדי לספוג את הגלים הנכנסים במלואם ללא השתקפות ולהיות חסרי רגישות לתדר.יישום אחד עבור מסופים כאלה הוא לבצע מדידות הספק שונות על המערכת מבלי להקרין בפועל כוח כלשהו.
איור 3 עומס התנגדות מוליך גל(א) מתחדד בודד(ב) מתחדד כפול
הסיום ההתנגדות הנפוץ ביותר הוא קטע של דיאלקטרי אובדן המותקן בקצה מוליך הגל ומתחדד (כשהקצה מופנה לכיוון הגל הנכנס) כדי לא לגרום להחזרות.מדיום אובדן זה עשוי לתפוס את כל רוחב מוליך הגל, או שהוא עשוי לתפוס רק את מרכז קצהו של מוליך הגל, כפי שמוצג באיור 3. המתחדד יכול להיות חד או כפול ובדרך כלל יש לו אורך של λp/2, עם אורך כולל של כשני אורכי גל.בדרך כלל עשוי מלוחות דיאלקטריים כגון זכוכית, מצופים בסרט פחמן או זכוכית מים מבחוץ.עבור יישומים בעלי הספק גבוה, לטרמינלים כאלה יכולים להוסיף גופי קירור לחלק החיצוני של מוליך הגל, וניתן לפזר את הכוח המועבר למסוף דרך גוף הקירור או באמצעות קירור אוויר מאולץ.
איור 4 מחלש שבשבת נייד
ניתן להפוך מנחתים דיאלקטריים לניתנים להסרה כפי שמוצג באיור 4. ממוקמים באמצע מוליך הגל, ניתן להזיז אותו לרוחב ממרכז מוליך הגל, שם הוא יספק את ההנחתה הגדולה ביותר, אל הקצוות, שם ההנחתה מצטמצמת מאוד מכיוון שעוצמת השדה החשמלי של המצב הדומיננטי נמוכה בהרבה.
הנחתה במוליך גל:
הנחתת האנרגיה של מוליכי גל כוללת בעיקר את ההיבטים הבאים:
1. השתקפויות מחוסר רציפות פנימי של מוליך גל או מקטעי מוליך גל לא מיושרים
2. הפסדים הנגרמים מזרם זרם בקירות מוליך גל
3. הפסדים דיאלקטריים במוליכי גל מלאים
שני האחרונים דומים להפסדים המקבילים בקווים קואקסיאליים ושניהם קטנים יחסית.הפסד זה תלוי בחומר הקיר ובחספוס שלו, בדיאלקטרי המשמש ובתדירות (עקב אפקט העור).עבור צינור פליז, הטווח הוא מ-4 dB/100m ב-5 GHz ל-12 dB/100m ב-10 GHz, אך עבור צינור אלומיניום, הטווח נמוך יותר.עבור מוליכי גל מצופים כסף, הפסדים הם בדרך כלל 8dB/100m ב-35 GHz, 30dB/100m ב-70 GHz, וקרוב ל-500 dB/100m ב-200 GHz.כדי לצמצם את ההפסדים, במיוחד בתדרים הגבוהים ביותר, מוליכי גל מצופים לעיתים (בפנים) בזהב או פלטינה.
כפי שכבר צוין, מוליך הגל פועל כמסנן מעבר גבוה.למרות שמוליך הגל עצמו כמעט ללא אובדן, תדרים מתחת לתדר החיתוך מוחלשים מאוד.הנחתה זו נובעת מהשתקפות בפתח הגל ולא מהתפשטות.
צימוד מוליך גל:
צימוד מוליך גל מתרחש בדרך כלל דרך אוגנים כאשר חלקים או רכיבים של מוליך גל מחוברים זה לזה.תפקידו של אוגן זה הוא להבטיח חיבור מכני חלק ותכונות חשמליות מתאימות, בפרט קרינה חיצונית נמוכה והשתקפות פנימית נמוכה.
אוֹגֶן:
אוגני מוליכי גל נמצאים בשימוש נרחב בתקשורת מיקרוגל, מערכות מכ"ם, תקשורת לוויינית, מערכות אנטנות וציוד מעבדה במחקר מדעי.הם משמשים לחיבור מקטעי גל שונים, להבטיח מניעת דליפה והפרעות, ולשמור על יישור מדויק של מוליך הגל כדי להבטיח שידור אמין גבוה ומיקום מדויק של גלים אלקטרומגנטיים בתדר.למוביל גל טיפוסי יש אוגן בכל קצה, כפי שמוצג באיור 5.
איור 5 (א) אוגן רגיל; (ב) צימוד אוגן.
בתדרים נמוכים יותר האוגן יולחמם או מרותך למוביל הגל, בעוד שבתדרים גבוהים יותר נעשה שימוש באוגן שטוח קת שטוח יותר.כאשר שני חלקים מחוברים, האוגנים מוברגים יחד, אך יש לסיים את הקצוות בצורה חלקה כדי למנוע אי רציפות בחיבור.ברור שקל יותר ליישר את הרכיבים בצורה נכונה עם כמה התאמות, כך שמובילי גל קטנים יותר מצוידים לפעמים באוגנים משורשרים שניתן להבריג יחד עם אום טבעת.ככל שהתדר עולה, גודל הצימוד של מוליך הגל פוחת באופן טבעי, ואי המשכיות הצימוד הופכת גדולה יותר ביחס לאורך הגל האות וגודל מוליך הגל.לכן, אי המשכיות בתדרים גבוהים יותר הופכות לבעייתיות יותר.
איור 6 (א) חתך רוחב של צימוד המשנק; (ב) מבט קצה של אוגן המשנק
כדי לפתור בעיה זו, ניתן להשאיר מרווח קטן בין מובילי הגלים, כפי שמוצג באיור 6. צימוד משנק המורכב מאוגן רגיל ואוגן משנק המחוברים יחדיו.כדי לפצות על אי המשכיות אפשריות, טבעת חנק עגולה עם חתך בצורת L משמשת באוגן המשנק כדי להשיג חיבור הדוק יותר.שלא כמו אוגנים רגילים, אוגני משנק הם רגישים לתדר, אבל עיצוב אופטימלי יכול להבטיח רוחב פס סביר (אולי 10% מהתדר המרכזי) שמעליו ה-SWR אינו עולה על 1.05.
זמן פרסום: 15-1-2024
