Aaltoputken impedanssin sovituson prosessi, jossa pienennetään aaltojohteen ja siihen kytketyn komponentin välistä sähköistä epäjatkuvuutta. Kun impedanssit eivät täsmää, osa tulevasta mikroaaltosignaalista heijastuu lähdettä kohti. Tuloksena on suurempi VSWR, pienempi kuormalle syötettävä teho ja vähemmän ennustettava järjestelmän suorituskyky.
Toisin kuin koaksiaalilinja, ontto aaltojohdin ei normaalisti käytä sovitukseen tavanomaisia keskitettyjä vastuksia tai siirtolinjan jatkojohtoja. Sen sijaan suunnittelijat muokkaavat sähkömagneettista kenttää iiriksillä, tapeilla, viritysaranoilla, kartioilla, siirtymillä, sovitetuilla kuormilla ja huolellisesti suunnitelluilla laippaliitännöillä. Sopivin menetelmä riippuu toimintataajuudesta, kaistanleveydestä, tehotasosta, aaltojohtimen koosta ja siitä, onko säädön oltava kiinteä vai viritettävä.
Miksi aaltojohtimien impedanssin sovituksella on merkitystä
Aaltojohtimen geometrian äkillinen muutos voi häiritä kentän jakautumista ja luoda heijastuneen aallon. Hyvin sovitettu kokoonpano auttaa:
- vähentää heijastunutta tehoa ja VSWR:ää;
- parantaa tehonsiirtoa lähteen, siirtoreitin ja kuorman välillä;
- suojaa suuritehoisia mikroaaltolähteitä liialliselta heijastuneelta energialta;
- vakauttaa antenneilla, sovittimilla, kuormilla ja muilla aaltojohtimien komponenteilla tehtyjä mittauksia;
- ylläpitää toistettavaa suorituskykyä vaaditulla taajuuskaistalla.
Yleisiä epäsuhtaisuuden lähteitä ovat aaltojohtimen koon muutokset, mutkat, askelmat, koettimet, epätäydelliset siirtymät, laippavälit, linjausvirhe ja kuorma, jonka impedanssi eroaa aaltojohtimen moodin impedanssista.
kuva 1: Aaltojohtoiirikset ja vastaava kytkentä, (a) kapasitiivinen; (b) induktiivinen; (c) resonoiva.
1. Aaltojohdeiirikset: kapasitiivinen, induktiivinen ja resonanssisovitus
Aaltojohdeiiris on ohut johtava kalvo, joka on asetettu osan johteen poikki. Muuttamalla paikallista sähkö- tai magneettikenttää iiris tuottaa hallitun shunttireaktanssin, joka voi kompensoida epäjatkuvuuden tai kuorman reaktanssia.
Kapasitiivinen iiris
Kapasitiivinen iiris keskittää sähkökentän pienemmälle alueelle. Lisääntynyt sähkökentän energia tuottaa kapasitiivisen vaikutuksen sovitustasossa. Sitä voidaan käyttää, kun olemassa oleva epäjatkuvuuskohta vaatii induktiivisen reaktanssin kompensointia.
Induktiivinen iiris
Induktiivinen iiris muuttaa pintavirran kulkureittiä ja lisää magneettikentän energiaa aukon ympärillä. Sen induktiivinen suskeptanssi voi kumota kapasitiivisen epäsuhdan. Aukon mitat ja sen sijainti ohjaimessa määräävät korjauksen voimakkuuden.
Resonoiva iiris
Resonoiva iiris yhdistää kapasitiiviset ja induktiiviset vaikutukset. Suunnitellulla taajuudella nämä kaksi vaikutusta voivat tasapainottua siten, että hallitseva moodi kulkee läpi vain vähän heijastuen. Resonanssin ulkopuolella sama rakenne voi tarjota myös taajuus- tai moodiselektiivisyyden.
Iirisit ovat kompakteja ja mekaanisesti vakaita, mutta ne yleensä kiinnitetään valmistuksen jälkeen. Siksi niiden mitat tulisi suunnitella aiotulle aaltojohdekaistalle, toimintatilalle ja kaistanleveydelle sen sijaan, että niitä säädettäisiin kokoonpanon jälkeen.
kuva 2: (a) aaltojohtimen pylväät; (b) kaksiruuvinen sovitin
2. Viritystolpat ja ruuvit
Aaltoputken seinämän läpi työnnetty johtava tappi tai viritysruuvi aiheuttaa paikallisen reaktanssin. Sen halkaisija, tunkeutumissyvyys ja sijainti epäjatkuvuuskohtaan nähden määräävät, onko vaikutus pääasiassa kapasitiivinen vai induktiivinen ja kuinka voimakkaasti se muuttaa sovitusta.
Matala tunkeutumissyvyys aiheuttaa yleensä pienen korjauksen. Kun tapin ulottuu syvemmälle ohjaimeen, suskeptanssi muuttuu ja voi kulkea resonanssin läpi. Tämä tekee viritysaruista käytännöllisiä laboratoriosäädöissä, tuotannon hienosäädössä ja toleranssien kompensoinnissa, joita ei voida ennustaa täydellisesti suunnittelun aikana.
Säädettävän sovituksen edut
- ottelua voidaan virittää samalla kun seurataan paluuhäviötä tai VSWR:ää;
- kaksi tai useampi ruuvi tarjoavat lisäsäätöä suuruuden ja vaiheen suhteen;
- säätö voi kompensoida sovitinta, anturia, mutkaa tai kuormitusta;
- Lopullinen asetus voidaan lukita tarkistuksen jälkeen.
Hyödyllinen kaistanleveys määräytyy koko rakenteen, ei pelkästään ruuvin, mukaan. Liiallinen tunkeutuminen voi aiheuttaa terävän resonanssin, lisätä häviöitä, häiritä korkeamman asteen moodeja tai heikentää tehonkestoa. Viritys tulisi siksi suorittaa koko toimintakaistalla eikä vain yhdellä taajuudella.
Tolpat ja ruuvit on yleensä integroituaaltojohtimesta koaksiaaliin -sovittimetja muut aaltojohtimen komponentit, joissa kentän on siirryttävä eri siirtorakenteiden välillä.
3. Sovitetut kuormat ja vaimentimet
Sovitettu aaltojohdinkuorma päättää siirtoreitin ja muuntaa tulevan mikroaaltoenergian lämmöksi minimoimalla heijastuksen. Sitä käytetään tehomittauksissa, testausasetuksissa, käyttämättömissä porteissa ja kaikissa sovelluksissa, jotka vaativat määritellyn vähäheijasteisen päättämisen.
Vaimentimella on eri tarkoitus: se pienentää signaalin amplitudia kontrolloidusti samalla, kun se ylläpitää hyväksyttävää sovitusta molemmissa porteissa. Molemmat laitteet ovat riippuvaisia asteittaisesta vuorovaikutuksesta häviöllisen materiaalin kanssa, jotta kenttä absorboituu aiheuttamatta äkillistä impedanssiaskelta.
Selaa RF MISO:taaaltojohtokuormiakomponenttivaihtoehtoja eri aaltojohtokaistoille ja tehovaatimuksille.
Kuva 3 aaltojohtimen vastuskuorma (a) yksi kartio (b) kaksi kartio
Kartiomaiset aaltojohdinkuormat
Yleisin sovitettu pääte käyttää häviöllistä dielektristä tai resistiivistä elementtiä, joka kapenee tulevaa aaltoa kohti. Asteittainen muutos antaa kentän saapua absorboivaan materiaaliin pienemmällä heijastuksella kuin äkillinen materiaalilohko.
Vaimennin voi ulottua johtimen yli tai sen keskikohdan lähellä olevalle voimakkaalle kentän alueelle. Sen kartiopituus, häviöjakauma ja lämpösuunnittelu valitaan taajuuskaistan ja tehotason mukaan. Suuremmat tehot saattavat vaatia suuremman rungon, jäähdytysrivan tai puhallusjäähdytyksen absorboituneen energian turvalliseen poistamiseen.
kuva 4 Liikkuva siipivaimennin
Liikkuvat siipivaimentimet
Liikkuva dielektrinen siipi muuttaa vaimennusta liikkumalla eri sähkökentän voimakkuuden omaavien alueiden läpi. Dominoivan moodikentän keskellä siipi absorboi enemmän energiaa; sivuseinän lähellä kenttä on heikompi ja vaimennus pienenee. Mekanismi mahdollistaa säädettävän signaalin vaimennuksen muuttamatta aaltojohteen reittiä.
Aaltojohtimien häviöt vs. impedanssin epäsuhta
Vaimennus ja epäsuhta liittyvät toisiinsa, mutta eivät ole sama asia. Epäsuhta palauttaa osan tulevasta energiasta kohti lähdettä, kun taas johdin- ja dielektriset häviöt muuttavat osan eteenpäin suuntautuvasta energiasta lämmöksi.
Pääasialliset hajoamisen lähteet ovat:
- heijastukset portaista, mutkista, antureista, laipparaoista tai väärin kohdistetuista osista;
- aaltojohtimen seinämien pintavirran aiheuttama johdinhäviö;
- dielektrinen häviö ikkunoista, tuista, absorboijista tai täytetyistä osista;
- pinnan karheus, likaantuminen, korroosio ja huono sähköinen kosketus.
Aaltojohdin toimii myös ylipäästörakenteena. Valitun moodin raja-arvon alapuolella olevat taajuudet eivät etene normaalisti ja vaimenevat voimakkaasti. Tästä syystä toimintakaista, aaltojohtimen koko ja tarkoitettu moodi on vahvistettava ennen sovituksen optimointia.
4. Siirtymät, sovittimet ja laippakytkentä
Siirtymä tai sovitin muuttaa kenttää asteittain eri aaltojohtimien kokojen, suuntausten tai siirtoväliaineiden välillä. Asteittaiset kartiot tarjoavat yleensä laajemman sovituksen kuin yksi jyrkkä askel, kun taas kompakti porrastettu siirtymä voi olla parempi, kun tilaa on rajoitetusti.
Aaltojohto-koaksiaalisovittimetYhdistä mekaaninen siirtymä luotaimeen tai kantorakettiin, joka virittää vaaditun aaltojohdemoodin. Luotaimen sijainnin, takajohtimien välistyksen ja mahdollisten virityselementtien on toimittava yhdessä määritellyn kaistan yli.
Miksi laipan kohdistus on tärkeää
Aaltojohdinosat yhdistetään yleensä laipoilla. Niiden tehtävänä on ylläpitää mekaanista kohdistusta, tarjota luotettava sähköinen kontakti ja minimoida vuodot ja sisäiset heijastukset. Rako, siirtymä, vaurioitunut tiivistyspinta tai epätasainen pultin puristus voivat aiheuttaa merkittävän epäjatkuvuuden, erityisesti lyhyemmillä aallonpituuksilla.
kuva 5 (a) sileä laippa; (b) laippaliitos.
Sileät ja tarkkuuslaipat
Tasaiset kosketuslaipat toimivat hyvin, kun vastapinnat ovat tasaiset, puhtaat ja tarkasti kohdistetut. Korkeammilla taajuuksilla pienet mittavirheet edustavat suurempaa osaa aallonpituudesta, joten pinnanlaatu, ohjainten kohdistus ja pulttien vääntömomentti ovat tärkeämpiä.
Käytännön kokoonpanotarkastukset
- varmista, että molemmissa komponenteissa käytetään samaa aaltojohtimen kokoa ja yhteensopivaa laippastandardia;
- Puhdista liitospinnat ja tarkista ne kolhujen, purseiden tai korroosion varalta;
- kohdista aukot ennen kiinnikkeiden kiristämistä;
- kiristä pultit tasaisesti niin, että laippapinnat pysyvät yhdensuuntaisina;
- Tarkista koottu reitti kalibroidulla vektoriverkkoanalysaattorilla.
kuva 6 (a) Kuristimen kytkimen poikkileikkaus; (b) Kuristimen laipan päätykuva
Kuristimen laippakytkentä
Kuristimen laippa käyttää aukon ympärillä upotettua rengasta tai uraa virran ohjaamiseen liitoksessa. Oikein mitoitettuna toimintakaistalle se voi vähentää herkkyyttä pienelle mekaaniselle raolle ja parantaa sähköistä liitäntää. Koska kuristin on taajuusriippuvainen, sen geometrian on sovitettava aiottuun kaistaan.
Aaltoputken yhteensopivuuden tarkistaminen
- Kalibroi vektoriverkkoanalysaattori sopivilla referenssitasoilla.
- Mittaa S11 eli heijastusvaimennus koko toimintakaistalta, älä yhdellä taajuudella.
- Muunna tulos VSWR-muotoon, jos se on projektin spesifikaatio.
- Säädä viritysaruveja tai muita muuttuvia elementtejä pienin askelin samalla kun tarkkailet täyttä pyyhkäisyä.
- Tarkista uudelleen lopullisen kiristyksen, lämpöstabiloinnin ja viereisten komponenttien asennuksen jälkeen.
Hyvä tulos määritellään järjestelmän spesifikaatiossa. Yksittäinen vähäheijasteinen piste ei välttämättä riitä, jos sovellus vaatii laajaa kaistanleveyttä, vakaata tehonkestoa tai toistettavaa suorituskykyä kokoonpanon jälkeen.
Kuinka valita yhteensovitusmenetelmä
- Iirikset:kompakti, kiinteä ja sopiva suunnitellulle taajuusvasteelle.
- Tolpat tai ruuvit:säädettävä ja hyödyllinen valmistustoleranssien hienosäätöön.
- Kartiot ja siirtymät:suositeltava, kun tarvitaan asteittaista kentän muutosta ja laajempaa kaistanleveyttä.
- Yhteensovitetut kuormat:päättää portin ja absorboi tulevan tehon heikosti heijastuen.
- Kuristimen laipat:parantaa valittuja laippaliitoksia, kun pientä rakoa ei voida välttää.
Sovellukset
Aaltojohtimien impedanssin sovitus on tärkeää tutkien etupäässä, satelliittiviestintälaitteissa, antennien syötöissä, mikroaaltomittausjärjestelmissä, lähettimissä, vastaanottimissa ja suuritehoisissa testilaitteistoissa. Se on myös keskeistä sovittimien, kuormien, kytkimien, ortomoodiantureiden ja muiden laitteiden suorituskyvyn kannalta.aaltojohdekomponentit.
Usein kysytyt kysymykset
Mitä korkea VSWR aaltojohtojärjestelmässä osoittaa?
Korkea VSWR osoittaa, että merkittävä osa tulevasta aallosta heijastuu. Syynä voi olla itse kuorma tai epäjatkuvuuskohta, kuten sovitin, anturi, mutka, laipan rako tai väärin kohdistettu osa.
Voiko viritysruuvi tarjota laajakaistan sovitusta?
Viritysruuvi voi korjata epäsuhdan tehokkaasti, mutta voimakas resonanssisäätö voi olla kapeakaistainen. Laajakaistan suorituskyky edellyttää yleensä koko siirtymän, ruuvin asennon ja ympäröivän geometrian yhteissuunnittelua.
Miten aaltoputken laipan heijastuksia voidaan vähentää?
Käytä yhteensopivia laippoja, pidä liitospinnat puhtaina ja tasaisina, kohdista aukot tarkasti ja kiristä kiinnikkeet tasaisesti. Varmista lopullinen kokoonpano verkkoanalysaattorin pyyhkäisyllä.
Mitä eroa on aaltojohtokuormalla ja vaimentimella?
Kuorma päättää portin ja absorboi lähes kaiken tulevan energian. Vaimennin on kaksiporttilaite, joka vähentää signaalitasoa tietyllä määrällä ja siirtää samalla jäljelle jäävän energian lähtöönsä.
Jos tarvitset apua aaltojohdinsovittimen, kuorman tai mukautetun sovitusrakenteen valinnassa,ota yhteyttä RF MISOontaajuusalueen, aaltojohtimen koon, kaistanleveyden, tehotason ja kohde-VSWR:n kanssa.
Julkaisun aika: 15. tammikuuta 2024
