كيفية تحقيق مطابقة المعاوقة للأدلة الموجية؟من نظرية خط النقل في نظرية هوائي الشرائح الدقيقة، نعلم أنه يمكن اختيار خطوط نقل متسلسلة أو متوازية مناسبة لتحقيق مطابقة المعاوقة بين خطوط النقل أو بين خطوط النقل والأحمال لتحقيق أقصى قدر من نقل الطاقة والحد الأدنى من فقدان الانعكاس.ينطبق نفس مبدأ مطابقة المعاوقة في خطوط الشرائح الدقيقة على مطابقة المعاوقة في أدلة الموجات.يمكن أن تؤدي الانعكاسات في أنظمة الدليل الموجي إلى عدم تطابق المعاوقة.عند حدوث تدهور المعاوقة، يكون الحل هو نفسه بالنسبة لخطوط النقل، أي تغيير القيمة المطلوبة. يتم وضع المعاوقة المجمعة عند نقاط محسوبة مسبقًا في الدليل الموجي للتغلب على عدم التطابق، وبالتالي القضاء على تأثيرات الانعكاسات.بينما تستخدم خطوط النقل ممانعات أو ذرات مجمعة، تستخدم أدلة الموجات كتلًا معدنية ذات أشكال مختلفة.
الشكل 1: قزحية الدليل الموجي والدائرة المكافئة، (أ) سعوية، (ب) حثي، (ج) رنين.
يوضح الشكل 1 الأنواع المختلفة لمطابقة المعاوقة، مع أخذ أي من الأشكال الموضحة ويمكن أن تكون سعوية أو تحريضية أو رنينية.التحليل الرياضي معقد، لكن التفسير المادي ليس كذلك.بالنظر إلى الشريط المعدني السعوي الأول في الشكل، يمكن ملاحظة أن الجهد الذي كان موجودًا بين الجدران العلوية والسفلية لدليل الموجة (في الوضع السائد) موجود الآن بين السطحين المعدنيين القريبين، وبالتالي فإن السعة هي تزداد النقطة.في المقابل، فإن الكتلة المعدنية في الشكل 1ب تسمح للتيار بالتدفق حيث لم يتدفق من قبل.سيكون هناك تدفق تيار في مستوى المجال الكهربائي المعزز سابقًا بسبب إضافة الكتلة المعدنية.لذلك، يحدث تخزين الطاقة في المجال المغناطيسي وتزداد الحثية عند تلك النقطة من الدليل الموجي.بالإضافة إلى ذلك، إذا تم تصميم شكل وموضع الحلقة المعدنية في الشكل ج بشكل معقول، فإن المفاعلة الحثية والمفاعلة السعوية المقدمة ستكون متساوية، وستكون الفتحة رنينًا متوازيًا.وهذا يعني أن مطابقة المعاوقة وضبط الوضع الرئيسي جيد جدًا، وسيكون تأثير التحويل لهذا الوضع ضئيلًا.ومع ذلك، سيتم توهين الأوضاع أو الترددات الأخرى، وبالتالي تعمل الحلقة المعدنية الرنانة كمرشح تمرير النطاق ومرشح الوضع.
الشكل 2: (أ) مشاركات الدليل الموجي؛ (ب) جهاز المطابقة ثنائي اللولب
هناك طريقة أخرى للضبط موضحة أعلاه، حيث يمتد عمود معدني أسطواني من أحد الجوانب العريضة إلى الدليل الموجي، وله نفس تأثير الشريط المعدني من حيث توفير مفاعلة مجمعة عند تلك النقطة.يمكن أن يكون العمود المعدني سعويًا أو حثيًا، اعتمادًا على مدى امتداده داخل الدليل الموجي.في الأساس، طريقة المطابقة هذه هي أنه عندما يمتد هذا العمود المعدني قليلاً في الدليل الموجي، فإنه يوفر حساسية سعوية عند تلك النقطة، وتزداد الحساسية السعوية حتى يصل الاختراق إلى حوالي ربع طول موجي، وعند هذه النقطة، يحدث رنين متسلسل .يؤدي المزيد من الاختراق للعمود المعدني إلى توفير حساسية استقرائية تتناقص عندما يصبح الإدخال أكثر اكتمالاً.تتناسب شدة الرنين عند تركيب النقطة الوسطى عكسيا مع قطر العمود ويمكن استخدامها كمرشح، ومع ذلك، في هذه الحالة يتم استخدامه كمرشح إيقاف النطاق لنقل أوضاع الترتيب الأعلى.بالمقارنة مع زيادة مقاومة الشرائط المعدنية، فإن الميزة الرئيسية لاستخدام الأعمدة المعدنية هي سهولة ضبطها.على سبيل المثال، يمكن استخدام برغيين كأجهزة ضبط لتحقيق مطابقة فعالة للدليل الموجي.
الأحمال المقاومة والمخففات:
مثل أي نظام نقل آخر، تتطلب أدلة الموجات في بعض الأحيان مطابقة مثالية للممانعة وأحمال مضبوطة لامتصاص الموجات الواردة بشكل كامل دون انعكاس وتكون غير حساسة للتردد.أحد التطبيقات لهذه المحطات هو إجراء قياسات مختلفة للطاقة على النظام دون إشعاع أي طاقة فعليًا.
الشكل 3: تحميل مقاومة الدليل الموجي (أ) الاستدقاق الفردي (ب) الاستدقاق المزدوج
إن الإنهاء المقاوم الأكثر شيوعًا هو جزء من عازل ضياع مثبت في نهاية الدليل الموجي ومدبب (مع توجيه الطرف نحو الموجة الواردة) حتى لا يسبب انعكاسات.قد يشغل هذا الوسط المفقود عرض الدليل الموجي بالكامل، أو قد يشغل فقط مركز نهاية الدليل الموجي، كما هو موضح في الشكل 3. يمكن أن يكون الاستدقاق مفردًا أو مزدوجًا وعادةً ما يبلغ طوله 2p/2، بطول إجمالي يبلغ حوالي طولين موجيين.عادة ما تكون مصنوعة من ألواح عازلة مثل الزجاج ومغطاة بفيلم كربون أو زجاج مائي من الخارج.بالنسبة للتطبيقات عالية الطاقة، يمكن أن تحتوي هذه المحطات على مشتتات حرارية تضاف إلى الجزء الخارجي من الدليل الموجي، ويمكن تبديد الطاقة المسلمة إلى المحطة من خلال المشتت الحراري أو من خلال تبريد الهواء القسري.
الشكل 4: مخفف ريشة متحرك
يمكن جعل المخففات العازلة قابلة للإزالة كما هو موضح في الشكل 4. عند وضعها في منتصف الدليل الموجي، يمكن نقلها أفقيًا من مركز الدليل الموجي، حيث ستوفر أكبر قدر من التوهين، إلى الحواف، حيث يتم تقليل التوهين بشكل كبير نظرًا لأن شدة المجال الكهربائي للوضع السائد أقل بكثير.
التوهين في الدليل الموجي:
يشمل توهين طاقة الأدلة الموجية بشكل أساسي الجوانب التالية:
1. انعكاسات من انقطاعات الدليل الموجي الداخلي أو أقسام الدليل الموجي المنحرفة
2. الخسائر الناجمة عن تدفق التيار في جدران الدليل الموجي
3. خسائر العزل الكهربائي في الأدلة الموجية المملوءة
الأخيران يشبهان الخسائر المقابلة في الخطوط المحورية وكلاهما صغير نسبيًا.يعتمد هذا الفقد على مادة الجدار وخشونته والعازل المستخدم والتردد (بسبب تأثير الجلد).بالنسبة للقناة النحاسية، يتراوح النطاق من 4 ديسيبل / 100 متر عند 5 جيجا هرتز إلى 12 ديسيبل / 100 متر عند 10 جيجا هرتز، ولكن بالنسبة لقناة الألومنيوم، النطاق أقل.بالنسبة للأدلة الموجية المطلية بالفضة، تكون الخسائر عادةً 8 ديسيبل / 100 متر عند 35 جيجا هرتز، و30 ديسيبل / 100 متر عند 70 جيجا هرتز، وما يقرب من 500 ديسيبل / 100 متر عند 200 جيجا هرتز.لتقليل الخسائر، خاصة عند أعلى الترددات، يتم أحيانًا طلاء موجهات الموجات (داخليًا) بالذهب أو البلاتين.
كما أشير سابقًا، يعمل الدليل الموجي كمرشح تمرير عالي.على الرغم من أن الدليل الموجي نفسه لا يفقد فعليًا، إلا أن الترددات الموجودة تحت تردد القطع يتم توهينها بشدة.ويرجع هذا التوهين إلى الانعكاس عند فتحة الدليل الموجي وليس بسبب الانتشار.
اقتران الدليل الموجي:
عادةً ما يحدث اقتران الدليل الموجي من خلال الشفاه عندما يتم ضم أجزاء أو مكونات الدليل الموجي معًا.تتمثل وظيفة هذه الحافة في ضمان الاتصال الميكانيكي السلس والخصائص الكهربائية المناسبة، ولا سيما الإشعاع الخارجي المنخفض والانعكاس الداخلي المنخفض.
شفة:
تُستخدم حواف الدليل الموجي على نطاق واسع في اتصالات الموجات الدقيقة، وأنظمة الرادار، والاتصالات عبر الأقمار الصناعية، وأنظمة الهوائي، ومعدات المختبرات في البحث العلمي.يتم استخدامها لتوصيل أقسام مختلفة من الدليل الموجي، وضمان منع التسرب والتداخل، والحفاظ على المحاذاة الدقيقة للدليل الموجي لضمان نقل موثوق به للغاية وتحديد موضع دقيق للموجات الكهرومغناطيسية ذات التردد.يحتوي الدليل الموجي النموذجي على شفة عند كل طرف، كما هو موضح في الشكل 5.
الشكل 5 (أ) شفة عادية؛ (ب) اقتران شفة.
في الترددات المنخفضة، سيتم لحام الحافة أو لحامها بدليل الموجة، بينما في الترددات الأعلى يتم استخدام شفة مسطحة مسطحة.عندما يتم ربط جزأين، يتم ربط الحواف معًا، ولكن يجب الانتهاء من الأطراف بسلاسة لتجنب انقطاع الاتصال.من الواضح أنه من الأسهل محاذاة المكونات بشكل صحيح مع بعض التعديلات، لذلك يتم تجهيز أدلة الموجات الأصغر أحيانًا بحواف ملولبة يمكن ربطها معًا بجوز حلقي.مع زيادة التردد، يتناقص حجم اقتران الدليل الموجي بشكل طبيعي، ويصبح انقطاع الاقتران أكبر بما يتناسب مع الطول الموجي للإشارة وحجم الدليل الموجي.ولذلك، فإن الانقطاعات عند الترددات الأعلى تصبح أكثر إزعاجا.
الشكل 6 (أ) المقطع العرضي لاقتران الاختناق؛ (ب) عرض نهاية شفة الاختناق
لحل هذه المشكلة، يمكن ترك فجوة صغيرة بين موجهات الموجات، كما هو موضح في الشكل 6. اقتران خانق يتكون من شفة عادية وشفة خانقة متصلتين معًا.للتعويض عن الانقطاعات المحتملة، يتم استخدام حلقة خنق دائرية ذات مقطع عرضي على شكل حرف L في شفة الاختناق لتحقيق اتصال مناسب أكثر إحكامًا.على عكس الفلنجات العادية، فإن الفلنجات الخانقة حساسة للتردد، ولكن التصميم الأمثل يمكن أن يضمن عرض نطاق ترددي معقول (ربما 10% من التردد المركزي) لا يتجاوز SWR 1.05.
وقت النشر: 15 يناير 2024
