Como conseguir a correspondência de impedância de guias de onda?A partir da teoria da linha de transmissão na teoria da antena microfita, sabemos que linhas de transmissão em série ou paralelas apropriadas podem ser selecionadas para obter correspondência de impedância entre linhas de transmissão ou entre linhas de transmissão e cargas para obter transmissão de potência máxima e perda mínima de reflexão.O mesmo princípio de casamento de impedância em linhas de microfita se aplica ao casamento de impedância em guias de onda.As reflexões nos sistemas de guia de ondas podem levar a incompatibilidades de impedância.Quando ocorre deterioração da impedância, a solução é a mesma das linhas de transmissão, ou seja, alterando o valor requerido. A impedância concentrada é colocada em pontos pré-calculados no guia de ondas para superar a incompatibilidade, eliminando assim os efeitos das reflexões.Enquanto as linhas de transmissão usam impedâncias ou stubs concentrados, os guias de onda usam blocos de metal de vários formatos.
figura 1: Íris do guia de ondas e circuito equivalente, (a) Capacitivo; (b) indutivo; (c) ressonante.
A Figura 1 mostra os diferentes tipos de casamento de impedâncias, assumindo qualquer uma das formas mostradas e podendo ser capacitivo, indutivo ou ressonante.A análise matemática é complexa, mas a explicação física não.Considerando a primeira tira de metal capacitiva na figura, pode-se ver que o potencial que existia entre as paredes superior e inferior do guia de ondas (no modo dominante) agora existe entre as duas superfícies metálicas mais próximas, então a capacitância é A ponto aumenta.Em contraste, o bloco metálico da Figura 1b permite que a corrente flua onde antes não fluía.Haverá fluxo de corrente no plano do campo elétrico anteriormente aprimorado devido à adição do bloco metálico.Portanto, o armazenamento de energia ocorre no campo magnético e a indutância nesse ponto do guia de ondas aumenta.Além disso, se a forma e a posição do anel de metal na Figura c forem projetadas razoavelmente, a reatância indutiva e a reatância capacitiva introduzidas serão iguais e a abertura terá ressonância paralela.Isso significa que a correspondência e o ajuste de impedância do modo principal são muito bons e o efeito de desvio deste modo será insignificante.No entanto, outros modos ou frequências serão atenuados, de modo que o anel metálico ressonante atua tanto como um filtro passa-faixa quanto como um filtro de modo.
figura 2: (a) postes de guia de ondas; (b) correspondente de dois parafusos
Outra maneira de sintonizar é mostrada acima, onde um poste de metal cilíndrico se estende de um dos lados largos para dentro do guia de ondas, tendo o mesmo efeito que uma tira de metal em termos de fornecer reatância concentrada naquele ponto.O poste de metal pode ser capacitivo ou indutivo, dependendo de quão longe ele se estende no guia de ondas.Essencialmente, este método de correspondência é que quando tal pilar de metal se estende ligeiramente para dentro do guia de ondas, ele fornece uma susceptância capacitiva naquele ponto, e a susceptância capacitiva aumenta até que a penetração seja de cerca de um quarto de comprimento de onda. Neste ponto, ocorre ressonância em série. .A penetração adicional do pino metálico resulta no fornecimento de uma susceptância indutiva que diminui à medida que a inserção se torna mais completa.A intensidade de ressonância na instalação do ponto médio é inversamente proporcional ao diâmetro da coluna e pode ser utilizada como filtro, porém, neste caso é utilizada como filtro de parada de banda para transmitir modos de ordem superior.Comparado com o aumento da impedância das tiras de metal, uma grande vantagem do uso de postes de metal é que eles são fáceis de ajustar.Por exemplo, dois parafusos podem ser usados como dispositivos de ajuste para obter uma correspondência eficiente do guia de ondas.
Cargas resistivas e atenuadores:
Como qualquer outro sistema de transmissão, os guias de onda às vezes exigem uma correspondência perfeita de impedância e cargas sintonizadas para absorver totalmente as ondas recebidas sem reflexão e para serem insensíveis à frequência.Uma aplicação para tais terminais é fazer várias medições de potência no sistema sem realmente irradiar qualquer potência.
figura 3 carga de resistência do guia de ondas (a) cone único (b) cone duplo
A terminação resistiva mais comum é uma seção de dielétrico com perdas instalada na extremidade do guia de ondas e cônica (com a ponta apontada para a onda que entra) para não causar reflexões.Este meio com perdas pode ocupar toda a largura do guia de ondas ou pode ocupar apenas o centro da extremidade do guia de ondas, conforme mostrado na Figura 3. O cone pode ser simples ou duplo e normalmente tem um comprimento de λp/2, com um comprimento total de aproximadamente dois comprimentos de onda.Geralmente feito de placas dielétricas, como vidro, revestidas com filme de carbono ou vidro d'água na parte externa.Para aplicações de alta potência, tais terminais podem ter dissipadores de calor adicionados na parte externa do guia de ondas, e a energia entregue ao terminal pode ser dissipada através do dissipador de calor ou através de resfriamento de ar forçado.
figura 4 Atenuador de palheta móvel
Os atenuadores dielétricos podem ser removíveis conforme mostrado na Figura 4. Colocados no meio do guia de ondas, podem ser movidos lateralmente do centro do guia de ondas, onde fornecerão a maior atenuação, até as bordas, onde a atenuação é bastante reduzida já que a intensidade do campo elétrico do modo dominante é muito menor.
Atenuação no guia de ondas:
A atenuação energética dos guias de onda inclui principalmente os seguintes aspectos:
1. Reflexões de descontinuidades internas do guia de ondas ou seções desalinhadas do guia de ondas
2. Perdas causadas pela corrente que flui nas paredes do guia de ondas
3. Perdas dielétricas em guias de onda preenchidos
As duas últimas são semelhantes às perdas correspondentes nas linhas coaxiais e são relativamente pequenas.Esta perda depende do material da parede e da sua rugosidade, do dielétrico utilizado e da frequência (devido ao efeito pelicular).Para conduítes de latão, o intervalo é de 4 dB/100m a 5 GHz a 12 dB/100m a 10 GHz, mas para conduítes de alumínio, o intervalo é menor.Para guias de onda revestidos de prata, as perdas são normalmente 8dB/100m a 35 GHz, 30dB/100m a 70 GHz e perto de 500 dB/100m a 200 GHz.Para reduzir as perdas, especialmente nas frequências mais altas, os guias de ondas às vezes são revestidos (internamente) com ouro ou platina.
Como já foi apontado, o guia de ondas atua como um filtro passa-alta.Embora o guia de ondas em si seja praticamente sem perdas, as frequências abaixo da frequência de corte são severamente atenuadas.Esta atenuação é devida à reflexão na boca do guia de ondas e não à propagação.
Acoplamento de guia de ondas:
O acoplamento do guia de ondas geralmente ocorre através de flanges quando peças ou componentes do guia de ondas são unidos.A função deste flange é garantir uma conexão mecânica suave e propriedades elétricas adequadas, em particular baixa radiação externa e baixa reflexão interna.
Mesa:
Os flanges de guia de ondas são amplamente utilizados em comunicações por microondas, sistemas de radar, comunicações por satélite, sistemas de antenas e equipamentos de laboratório em pesquisas científicas.Eles são usados para conectar diferentes seções do guia de ondas, garantir que vazamentos e interferências sejam evitados e manter o alinhamento preciso do guia de ondas para garantir transmissão altamente confiável e posicionamento preciso de ondas eletromagnéticas de frequência.Um guia de ondas típico possui um flange em cada extremidade, conforme mostrado na Figura 5.
figura 5 (a)flange simples;(b)acoplamento de flange.
Em frequências mais baixas, o flange será brasado ou soldado ao guia de ondas, enquanto em frequências mais altas é usado um flange plano de topo mais plano.Quando duas peças são unidas, os flanges são aparafusados, mas as extremidades devem ter acabamento liso para evitar descontinuidades na ligação.Obviamente, é mais fácil alinhar os componentes corretamente com alguns ajustes; portanto, guias de onda menores às vezes são equipados com flanges roscados que podem ser parafusados com uma porca de anel.À medida que a frequência aumenta, o tamanho do acoplamento do guia de ondas diminui naturalmente e a descontinuidade do acoplamento torna-se maior em proporção ao comprimento de onda do sinal e ao tamanho do guia de ondas.Portanto, as descontinuidades em frequências mais altas tornam-se mais problemáticas.
figura 6 (a) Seção transversal do acoplamento do estrangulador; (b) vista final do flange do estrangulador
Para resolver este problema, pode-se deixar um pequeno espaço entre os guias de ondas, conforme mostrado na Figura 6. Um acoplamento de estrangulamento que consiste em um flange comum e um flange de estrangulamento conectados entre si.Para compensar possíveis descontinuidades, um anel de estrangulamento circular com seção transversal em forma de L é usado no flange do estrangulador para obter uma conexão de encaixe mais apertada.Ao contrário dos flanges comuns, os flanges de estrangulamento são sensíveis à frequência, mas um projeto otimizado pode garantir uma largura de banda razoável (talvez 10% da frequência central) sobre a qual a ROE não exceda 1,05.
Horário da postagem: 15 de janeiro de 2024
