Како да се постигне усогласување на импедансата на брановодите? Од теоријата на преносни линии во теоријата на микролентни антени, знаеме дека можат да се изберат соодветни сериски или паралелни преносни линии за да се постигне усогласување на импедансата помеѓу преносните линии или помеѓу преносните линии и оптоварувањата за да се постигне максимален пренос на моќност и минимална загуба на рефлексија. Истиот принцип на усогласување на импедансата кај микролентните линии важи и за усогласувањето на импедансата кај брановодите. Рефлексиите во брановодните системи можат да доведат до несовпаѓања на импедансата. Кога ќе се појави влошување на импедансата, решението е исто како и за преносните линии, односно промена на потребната вредност. Групираната импеданса се поставува на однапред пресметани точки во брановодот за да се надмине несовпаѓањето, со што се елиминираат ефектите од рефлексиите. Додека преносните линии користат групирани импеданси или никулци, брановодите користат метални блокови од различни форми.
слика 1: Брановодни перуники и еквивалентно коло, (a)Капацитивни; (b)индуктивни; (c)резонантни.
Слика 1 ги прикажува различните видови на усогласување на импедансата, земајќи ја која било од прикажаните форми и може да биде капацитивно, индуктивно или резонантно. Математичката анализа е комплексна, но физичкото објаснување не е. Земајќи ја предвид првата капацитивна метална лента на сликата, може да се види дека потенцијалот што постоел помеѓу горниот и долниот ѕид на брановодот (во доминантен режим) сега постои помеѓу двете метални површини во поблиска близина, така што капацитетот е. Точката се зголемува. Спротивно на тоа, металниот блок на Слика 1б дозволува струјата да тече таму каде што претходно не течела. Ќе има проток на струја во претходно подобрената рамнина на електричното поле поради додавањето на металниот блок. Затоа, складирањето на енергија се случува во магнетното поле и индуктивноста во таа точка на брановодот се зголемува. Покрај тоа, ако обликот и положбата на металниот прстен на Слика в се разумно дизајнирани, воведената индуктивна реактанса и капацитивната реактанса ќе бидат еднакви, а отворот ќе биде паралелен резонантен. Ова значи дека усогласувањето на импедансата и подесувањето на главниот режим се многу добри, а ефектот на маневрирање на овој режим ќе биде занемарлив. Сепак, другите режими или фреквенции ќе бидат атенуирани, па затоа резонантниот метален прстен делува и како филтер за пропусен опсег и како филтер за режими.
слика 2: (а) столбови за брановоди; (б) спојувач со два завртки
Друг начин за подесување е прикажан погоре, каде што цилиндричен метален столб се протега од едната од широките страни во брановодот, имајќи ист ефект како метална лента во однос на обезбедување на грутчеста реактанса во таа точка. Металниот столб може да биде капацитивен или индуктивен, во зависност од тоа колку далеку се протега во брановодот. Во суштина, овој метод на усогласување е таков што кога таков метален столб малку се протега во брановодот, тој обезбедува капацитивна суспензија во таа точка, а капацитивната суспензија се зголемува сè додека пенетрацијата не достигне околу една четвртина од брановата должина. Во оваа точка, се јавува сериска резонанца. Понатамошното продирање на металниот столб резултира со обезбедување индуктивна суспензија која се намалува како што вметнувањето станува поцелосно. Интензитетот на резонанцата на инсталацијата во средната точка е обратно пропорционален на дијаметарот на колоната и може да се користи како филтер, меѓутоа, во овој случај се користи како филтер за запирање на опсегот за пренесување на режими од повисок ред. Во споредба со зголемувањето на импедансата на металните ленти, голема предност на користењето на метални столбови е тоа што тие се лесни за прилагодување. На пример, два завртки можат да се користат како уреди за подесување за да се постигне ефикасно усогласување на брановодите.
Отпорни оптоварувања и атенуатори:
Како и секој друг преносен систем, брановодите понекогаш бараат совршено усогласување на импедансата и подесени оптоварувања за целосно да ги апсорбираат дојдовните бранови без рефлексија и да бидат нечувствителни на фреквенција. Една примена на ваквите терминали е да вршат разни мерења на моќноста на системот без всушност да зрачат каква било моќност.
слика 3 оптоварување на брановодот (а) едностепен конус (б) двојно стеснување
Најчестата резистивна завршница е дел од диелектрик со загуби инсталиран на крајот од брановодот и заострен (со врвот насочен кон влезниот бран) за да не предизвикува рефлексии. Оваа медиум со загуби може да ја зафаќа целата ширина на брановодот, или може да го зафаќа само центарот на крајот на брановодот, како што е прикажано на Слика 3. Заострувањето може да биде едно или двојно заострено и обично има должина од λp/2, со вкупна должина од приближно две бранови должини. Обично се направени од диелектрични плочи како што е стакло, обложени со јаглеродна фолија или водено стакло однадвор. За апликации со голема моќност, ваквите терминали може да имаат ладилници додадени на надворешната страна на брановодот, а моќноста испорачана до терминалот може да се дисипира преку ладилникот или преку принудно воздушно ладење.
слика 4 Подвижен атенуатор на крилата
Диелектричните атенуатори можат да се направат отстранливи како што е прикажано на Слика 4. Поставени во средината на брановодот, тие можат да се поместуваат странично од центарот на брановодот, каде што ќе обезбедат најголемо слабеење, кон рабовите, каде што слабеењето е значително намалено бидејќи јачината на електричното поле на доминантниот режим е многу помала.
Слабеење во брановодот:
Слабеењето на енергијата на брановодите главно ги вклучува следните аспекти:
1. Рефлексии од внатрешни дисконтинуитети на брановодот или неправилно порамнети делови од брановодот
2. Загуби предизвикани од струја што тече во ѕидовите на брановодите
3. Диелектрични загуби во исполнети брановоди
Последните две се слични на соодветните загуби кај коаксијалните линии и обете се релативно мали. Оваа загуба зависи од материјалот на ѕидот и неговата грубост, употребениот диелектрик и фреквенцијата (поради ефектот на обвивка). За месингани цевки, опсегот е од 4 dB/100m на 5 GHz до 12 dB/100m на 10 GHz, но за алуминиумски цевки, опсегот е помал. За брановоди обложени со сребро, загубите се обично 8dB/100m на 35 GHz, 30dB/100m на 70 GHz и близу 500 dB/100m на 200 GHz. За да се намалат загубите, особено на највисоките фреквенции, брановодите понекогаш се обложени (внатрешно) со злато или платина.
Како што веќе беше посочено, брановодот делува како високопропусен филтер. Иако самиот брановод е практично без загуби, фреквенциите под граничната фреквенција се значително ослабени. Ова слабеење се должи на рефлексија на отворот на брановодот, а не на ширење.
Брановодно спојување:
Спојувањето на брановодот обично се случува преку прирабници кога деловите или компонентите на брановодот се споени заедно. Функцијата на оваа прирабница е да обезбеди мазна механичка врска и соодветни електрични својства, особено ниско надворешно зрачење и ниска внатрешна рефлексија.
Прирабница:
Прирабниците на брановодите се широко користени во микробрановите комуникации, радарските системи, сателитските комуникации, антенските системи и лабораториската опрема во научните истражувања. Тие се користат за поврзување на различни делови од брановодите, за спречување на протекување и пречки и за одржување на прецизно порамнување на брановодот за да се обезбеди високо сигурен пренос и прецизно позиционирање на фреквентните електромагнетни бранови. Типичен брановод има прирабница на секој крај, како што е прикажано на Слика 5.
слика 5 (а) обична прирабница; (б) прирабничка спојка.
На пониски фреквенции, прирабницата ќе биде лемена или заварена на брановодот, додека на повисоки фреквенции се користи рамна прирабница. Кога се спојуваат два дела, прирабниците се завртуваат заедно, но краевите мора да бидат мазно завршени за да се избегнат дисконтинуитети во поврзувањето. Очигледно е полесно правилно да се усогласат компонентите со некои прилагодувања, па затоа помалите брановоди понекогаш се опремени со навојни прирабници кои можат да се завртуваат заедно со прстенеста навртка. Како што се зголемува фреквенцијата, големината на спојката на брановодот природно се намалува, а дисконтинуитетот на спојката станува поголем пропорционално на брановата должина на сигналот и големината на брановодот. Затоа, дисконтинуитетите на повисоки фреквенции стануваат попроблематични.
слика 6 (a) Пресек на спојката на задушникот; (b) крајен поглед на прирабницата на задушникот
За да се реши овој проблем, може да се остави мал простор помеѓу брановодите, како што е прикажано на Слика 6. Спојка за пригушување што се состои од обична прирабница и прирабница за пригушување поврзани заедно. За да се компензираат можните дисконтинуитети, во прирабницата за пригушување се користи кружен прстен за пригушување со пресек во форма на L за да се постигне поцврста врска. За разлика од обичните прирабници, прирабниците за пригушување се чувствителни на фреквенција, но оптимизираниот дизајн може да обезбеди разумен пропусен опсег (можеби 10% од централната фреквенција) над кој SWR не надминува 1,05.
Време на објавување: 15 јануари 2024 година
