چگونه میتوان به تطبیق امپدانس موجبرها دست یافت؟ از نظریه خط انتقال در نظریه آنتن میکرواستریپ، میدانیم که میتوان خطوط انتقال سری یا موازی مناسب را برای دستیابی به تطبیق امپدانس بین خطوط انتقال یا بین خطوط انتقال و بارها انتخاب کرد تا به حداکثر انتقال توان و حداقل تلفات بازتاب دست یافت. همان اصل تطبیق امپدانس در خطوط میکرواستریپ در مورد تطبیق امپدانس در موجبرها نیز صدق میکند. بازتابها در سیستمهای موجبر میتوانند منجر به عدم تطابق امپدانس شوند. هنگامی که زوال امپدانس رخ میدهد، راه حل مشابه خطوط انتقال است، یعنی تغییر مقدار مورد نیاز. امپدانس فشرده در نقاط از پیش محاسبه شده در موجبر قرار میگیرد تا بر عدم تطابق غلبه کند و در نتیجه اثرات بازتابها را از بین ببرد. در حالی که خطوط انتقال از امپدانسهای فشرده یا استابها استفاده میکنند، موجبرها از بلوکهای فلزی با اشکال مختلف استفاده میکنند.
شکل ۱: عنبیههای موجبر و مدار معادل، (الف) خازنی؛ (ب) القایی؛ (ج) رزونانسی.
شکل ۱ انواع مختلف تطبیق امپدانس را نشان میدهد که هر یک از اشکال نشان داده شده را به خود میگیرد و میتواند خازنی، القایی یا رزونانسی باشد. تحلیل ریاضی پیچیده است، اما توضیح فیزیکی آن پیچیده نیست. با توجه به اولین نوار فلزی خازنی در شکل، میتوان مشاهده کرد که پتانسیلی که بین دیوارههای بالا و پایین موجبر (در حالت غالب) وجود داشت، اکنون بین دو سطح فلزی در نزدیکی هم وجود دارد، بنابراین ظرفیت خازنی در نقطه افزایش مییابد. در مقابل، بلوک فلزی در شکل ۱b اجازه میدهد جریان در جایی که قبلاً جریان نداشت، جریان یابد. به دلیل اضافه شدن بلوک فلزی، جریان در صفحه میدان الکتریکی قبلاً تقویت شده وجود خواهد داشت. بنابراین، ذخیره انرژی در میدان مغناطیسی رخ میدهد و اندوکتانس در آن نقطه از موجبر افزایش مییابد. علاوه بر این، اگر شکل و موقعیت حلقه فلزی در شکل c به طور منطقی طراحی شود، راکتانس القایی و راکتانس خازنی وارد شده برابر خواهند بود و روزنه رزونانس موازی خواهد بود. این به این معنی است که تطبیق امپدانس و تنظیم حالت اصلی بسیار خوب است و اثر شنتینگ این حالت ناچیز خواهد بود. با این حال، حالتها یا فرکانسهای دیگر تضعیف میشوند، بنابراین حلقه فلزی رزونانس هم به عنوان فیلتر میانگذر و هم به عنوان فیلتر حالت عمل میکند.
شکل ۲: (الف) پایههای موجبر؛ (ب) تطبیقدهنده دو پیچی
روش دیگری برای تنظیم در بالا نشان داده شده است، که در آن یک میله فلزی استوانهای از یکی از اضلاع پهن به داخل موجبر امتداد مییابد و از نظر ایجاد راکتانس فشرده در آن نقطه، همان اثر یک نوار فلزی را دارد. میله فلزی بسته به اینکه تا چه حد در موجبر امتداد یابد، میتواند خازنی یا القایی باشد. اساساً، این روش تطبیق به این صورت است که وقتی چنین ستون فلزی کمی به داخل موجبر امتداد مییابد، در آن نقطه یک سوسپتانس خازنی ایجاد میکند و سوسپتانس خازنی تا زمانی که نفوذ حدود یک چهارم طول موج باشد، افزایش مییابد. در این مرحله، رزونانس سری رخ میدهد. نفوذ بیشتر میله فلزی منجر به ایجاد یک سوسپتانس القایی میشود که با کاملتر شدن ورود، کاهش مییابد. شدت رزونانس در نصب نقطه میانی با قطر ستون نسبت معکوس دارد و میتواند به عنوان فیلتر استفاده شود، با این حال، در این حالت به عنوان یک فیلتر میانبند برای انتقال مدهای مرتبه بالاتر استفاده میشود. در مقایسه با افزایش امپدانس نوارهای فلزی، یک مزیت عمده استفاده از میلههای فلزی این است که تنظیم آنها آسان است. برای مثال، میتوان از دو پیچ به عنوان دستگاههای تنظیم برای دستیابی به تطبیق موجبر کارآمد استفاده کرد.
بارهای مقاومتی و تضعیفکنندهها:
مانند هر سیستم انتقال دیگری، موجبرها گاهی اوقات به تطبیق امپدانس کامل و بارهای تنظیمشده نیاز دارند تا امواج ورودی را بدون انعکاس به طور کامل جذب کنند و نسبت به فرکانس حساس نباشند. یکی از کاربردهای چنین ترمینالهایی، انجام اندازهگیریهای مختلف توان روی سیستم بدون تابش واقعی هیچ توانی است.
شکل 3 بار مقاومت موجبر (الف) تک مخروطی (ب) دو مخروطی
رایجترین انتهای مقاومتی، بخشی از دیالکتریک اتلافی است که در انتهای موجبر نصب شده و مخروطی شکل است (به طوری که نوک آن به سمت موج ورودی باشد) تا باعث انعکاس نشود. این محیط اتلافی ممکن است تمام عرض موجبر را اشغال کند، یا ممکن است فقط مرکز انتهای موجبر را اشغال کند، همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است. مخروطی میتواند تکی یا دوتایی باشد و معمولاً طولی برابر با λp/2 دارد و طول کل آن تقریباً دو طول موج است. معمولاً از صفحات دیالکتریک مانند شیشه ساخته میشود که در قسمت بیرونی با فیلم کربنی یا شیشه آب پوشانده شدهاند. برای کاربردهای توان بالا، چنین ترمینالهایی میتوانند دارای هیت سینکهایی باشند که به قسمت بیرونی موجبر اضافه میشوند و توان تحویلی به ترمینال میتواند از طریق هیت سینک یا از طریق خنککننده هوای اجباری تلف شود.
شکل ۴ میراگر پره متحرک
تضعیفکنندههای دیالکتریک را میتوان همانطور که در شکل ۴ نشان داده شده است، قابل جابجایی ساخت. این تضعیفکنندهها که در وسط موجبر قرار میگیرند، میتوانند به صورت جانبی از مرکز موجبر، جایی که بیشترین تضعیف را ایجاد میکند، به لبهها، جایی که تضعیف به میزان زیادی کاهش مییابد، منتقل شوند، زیرا قدرت میدان الکتریکی مد غالب بسیار کمتر است.
میرایی در موجبر:
تضعیف انرژی موجبرها عمدتاً شامل جنبههای زیر است:
۱. بازتابها از ناپیوستگیهای داخلی موجبر یا بخشهای ناهمتراز موجبر
۲. تلفات ناشی از جریان جاری در دیوارههای موجبر
۳. تلفات دیالکتریک در موجبرهای پر شده
دو مورد آخر مشابه تلفات مربوطه در خطوط کواکسیال هستند و هر دو نسبتاً کوچک هستند. این تلفات به جنس دیواره و زبری آن، دیالکتریک مورد استفاده و فرکانس (به دلیل اثر پوستی) بستگی دارد. برای مجرای برنجی، محدوده از ۴ دسیبل در ۱۰۰ متر در ۵ گیگاهرتز تا ۱۲ دسیبل در ۱۰۰ متر در ۱۰ گیگاهرتز است، اما برای مجرای آلومینیومی، محدوده کمتر است. برای موجبرهای با پوشش نقره، تلفات معمولاً ۸ دسیبل در ۱۰۰ متر در ۳۵ گیگاهرتز، ۳۰ دسیبل در ۱۰۰ متر در ۷۰ گیگاهرتز و نزدیک به ۵۰۰ دسیبل در ۱۰۰ متر در ۲۰۰ گیگاهرتز است. برای کاهش تلفات، به ویژه در بالاترین فرکانسها، موجبرها گاهی اوقات (به صورت داخلی) با طلا یا پلاتین آبکاری میشوند.
همانطور که قبلاً اشاره شد، موجبر به عنوان یک فیلتر بالاگذر عمل میکند. اگرچه خود موجبر عملاً بدون اتلاف است، اما فرکانسهای پایینتر از فرکانس قطع به شدت تضعیف میشوند. این تضعیف به دلیل انعکاس در دهانه موجبر است نه انتشار.
کوپلینگ موجبر:
اتصال موجبر معمولاً از طریق فلنجها، زمانی که قطعات یا اجزای موجبر به یکدیگر متصل میشوند، رخ میدهد. وظیفه این فلنج، تضمین اتصال مکانیکی روان و خواص الکتریکی مناسب، به ویژه تابش خارجی کم و بازتاب داخلی کم است.
فلنج:
فلنجهای موجبر به طور گسترده در ارتباطات مایکروویو، سیستمهای رادار، ارتباطات ماهوارهای، سیستمهای آنتن و تجهیزات آزمایشگاهی در تحقیقات علمی استفاده میشوند. آنها برای اتصال بخشهای مختلف موجبر، اطمینان از جلوگیری از نشت و تداخل و حفظ تراز دقیق موجبر برای اطمینان از انتقال قابل اعتماد بالا و موقعیتیابی دقیق امواج الکترومغناطیسی فرکانس استفاده میشوند. یک موجبر معمولی در هر انتها دارای یک فلنج است، همانطور که در شکل 5 نشان داده شده است.
شکل ۵ (الف) فلنج ساده؛ (ب) کوپلینگ فلنجی.
در فرکانسهای پایینتر، فلنج به موجبر لحیم یا جوش داده میشود، در حالی که در فرکانسهای بالاتر، از یک فلنج تخت با لبه صافتر استفاده میشود. وقتی دو قطعه به هم متصل میشوند، فلنجها به هم پیچ میشوند، اما انتهای آنها باید به طور صاف پرداخت شود تا از ناپیوستگی در اتصال جلوگیری شود. بدیهی است که تراز کردن صحیح اجزا با برخی تنظیمات آسانتر است، بنابراین موجبرهای کوچکتر گاهی اوقات به فلنجهای رزوهدار مجهز میشوند که میتوانند با یک مهره حلقهای به هم پیچ شوند. با افزایش فرکانس، اندازه کوپلینگ موجبر به طور طبیعی کاهش مییابد و ناپیوستگی کوپلینگ به نسبت طول موج سیگنال و اندازه موجبر بزرگتر میشود. بنابراین، ناپیوستگیها در فرکانسهای بالاتر مشکلسازتر میشوند.
شکل 6 (الف) مقطع کوپلینگ چوک؛ (ب) نمای انتهایی فلنج چوک
برای حل این مشکل، میتوان فاصلهی کوچکی بین موجبرها ایجاد کرد، همانطور که در شکل 6 نشان داده شده است. یک کوپلینگ چوک متشکل از یک فلنج معمولی و یک فلنج چوک که به هم متصل شدهاند. برای جبران ناپیوستگیهای احتمالی، از یک حلقه چوک دایرهای با سطح مقطع L شکل در فلنج چوک استفاده میشود تا اتصال محکمتری حاصل شود. برخلاف فلنجهای معمولی، فلنجهای چوک به فرکانس حساس هستند، اما یک طراحی بهینه میتواند پهنای باند معقولی (شاید 10٪ از فرکانس مرکزی) را تضمین کند که در آن SWR از 1.05 تجاوز نکند.
زمان ارسال: ۱۵ ژانویه ۲۰۲۴
