도파관의 임피던스 매칭을 달성하는 방법은 무엇입니까?마이크로스트립 안테나 이론의 전송선 이론에서 우리는 전송선 간 또는 전송선과 부하 사이의 임피던스 매칭을 달성하여 최대 전력 전송 및 최소 반사 손실을 달성하기 위해 적절한 직렬 또는 병렬 전송선을 선택할 수 있음을 알고 있습니다.마이크로스트립 라인의 임피던스 매칭과 동일한 원리가 도파관의 임피던스 매칭에도 적용됩니다.도파관 시스템의 반사로 인해 임피던스 불일치가 발생할 수 있습니다.임피던스 저하가 발생하는 경우 해결 방법은 전송선과 동일합니다. 즉, 필요한 값을 변경합니다. 집중 임피던스를 도파관의 미리 계산된 지점에 배치하여 불일치를 극복함으로써 반사의 영향을 제거합니다.전송선로는 집중 임피던스나 스터브를 사용하는 반면, 도파관은 다양한 모양의 금속 블록을 사용합니다.
그림 1: 도파관 아이리스 및 등가 회로, (a) 용량성, (b) 유도성, (c) 공진.
그림 1은 표시된 형태 중 하나를 취하는 다양한 종류의 임피던스 정합을 보여 주며 용량성, 유도성 또는 공진형일 수 있습니다.수학적 분석은 복잡하지만 물리적인 설명은 그렇지 않습니다.그림의 첫 번째 용량성 금속 스트립을 고려하면 (주 모드에서) 도파관의 상단과 하단 벽 사이에 존재했던 전위가 이제 더 가까운 두 금속 표면 사이에 존재하므로 커패시턴스는 다음과 같습니다. 포인트가 늘어납니다.대조적으로, 그림 1b의 금속 블록은 이전에 흐르지 않았던 곳에 전류가 흐르도록 허용합니다.금속 블록의 추가로 인해 이전에 강화된 전기장 평면에 전류 흐름이 발생합니다.따라서 자기장에서 에너지 저장이 발생하고 도파관의 해당 지점에서 인덕턴스가 증가합니다.또한 그림 c의 금속 링의 모양과 위치를 합리적으로 설계하면 유도 리액턴스와 용량 리액턴스가 동일해지고 조리개는 평행 공진이 됩니다.이는 메인 모드의 임피던스 매칭과 튜닝이 매우 좋고 이 모드의 션트 효과는 무시할 수 있다는 것을 의미합니다.그러나 다른 모드나 주파수는 감쇠되므로 공진 금속 링은 대역통과 필터와 모드 필터 역할을 모두 수행합니다.
그림 2:(a) 도파관 포스트;(b) 2개의 나사 매칭기
위에 표시된 또 다른 조정 방법은 원통형 금속 포스트가 넓은 측면 중 하나에서 도파관으로 확장되어 해당 지점에 집중 리액턴스를 제공한다는 점에서 금속 스트립과 동일한 효과를 갖습니다.금속 포스트는 도파관까지 얼마나 멀리 확장되어 있는지에 따라 용량성 또는 유도성일 수 있습니다.본질적으로 이 매칭 방법은 이러한 금속 기둥이 도파관 내부로 약간 확장되면 그 지점에서 용량성 서셉턴스를 제공하고 침투가 파장의 약 1/4이 될 때까지 용량성 서셉턴스가 증가하며, 이 지점에서 직렬 공진이 발생합니다. .금속 포스트를 추가로 관통하면 유도 서셉턴스가 제공되며 삽입이 더욱 완전해질수록 감소합니다.중간점 설치에서의 공진 강도는 기둥의 직경에 반비례하므로 필터로 사용할 수 있지만, 이 경우 고차 모드를 전송하기 위한 대역 저지 필터로 사용됩니다.금속 스트립의 임피던스를 높이는 것과 비교할 때 금속 포스트를 사용하는 주요 장점은 조정이 쉽다는 것입니다.예를 들어, 효율적인 도파관 매칭을 달성하기 위해 두 개의 나사를 튜닝 장치로 사용할 수 있습니다.
저항 부하 및 감쇠기:
다른 전송 시스템과 마찬가지로 도파관에는 반사 없이 들어오는 파동을 완전히 흡수하고 주파수에 민감하지 않도록 완벽한 임피던스 매칭과 조정된 부하가 필요한 경우가 있습니다.이러한 터미널을 사용하는 한 가지 응용 분야는 실제로 전력을 방출하지 않고 시스템에서 다양한 전력 측정을 수행하는 것입니다.
그림 3 도파관 저항 부하(a) 단일 테이퍼(b) 이중 테이퍼
가장 일반적인 저항성 종단은 반사를 일으키지 않도록 도파관 끝에 설치되고 테이퍼 처리된(팁이 들어오는 파동을 향하도록) 손실이 있는 유전체 섹션입니다.이 손실 매체는 그림 3과 같이 도파관의 전체 폭을 차지할 수도 있고 도파관 끝의 중앙만 차지할 수도 있습니다. 테이퍼는 단일 또는 이중 테이퍼일 수 있으며 일반적으로 길이는 λp/2입니다. 총 길이는 약 2파장입니다.일반적으로 유리 등의 유전체판으로 만들어지며, 외부에 탄소막이나 물유리를 코팅합니다.고전력 애플리케이션의 경우 이러한 터미널에는 도파관 외부에 방열판을 추가할 수 있으며 터미널에 전달된 전력은 방열판이나 강제 공기 냉각을 통해 소산될 수 있습니다.
그림 4 이동식 날개 감쇠기
유전체 감쇠기는 그림 4와 같이 제거 가능합니다. 도파관 중앙에 배치하면 가장 큰 감쇠를 제공하는 도파관 중앙에서 감쇠가 크게 감소되는 가장자리까지 측면으로 이동할 수 있습니다. 지배적 모드의 전계 강도가 훨씬 낮기 때문입니다.
도파관의 감쇠:
도파관의 에너지 감쇠에는 주로 다음과 같은 측면이 포함됩니다.
1. 내부 도파관 불연속성 또는 잘못 정렬된 도파관 섹션의 반사
2. 도파관 벽에 흐르는 전류로 인한 손실
3. 채워진 도파관의 유전 손실
마지막 두 개는 동축 라인의 해당 손실과 유사하며 둘 다 상대적으로 작습니다.이 손실은 벽 재료와 거칠기, 사용된 유전체 및 주파수(표피 효과로 인해)에 따라 달라집니다.황동 도관의 경우 범위는 5GHz에서 4dB/100m ~ 10GHz에서 12dB/100m이지만 알루미늄 도관의 경우 범위는 더 낮습니다.은 코팅 도파관의 경우 손실은 일반적으로 35GHz에서 8dB/100m, 70GHz에서 30dB/100m, 200GHz에서 500dB/100m에 가깝습니다.특히 최고 주파수에서 손실을 줄이기 위해 도파관은 때때로 금이나 백금으로 (내부적으로) 도금됩니다.
이미 지적했듯이 도파관은 고역 통과 필터 역할을 합니다.도파관 자체는 사실상 무손실이지만 차단 주파수 아래의 주파수는 심하게 감쇠됩니다.이러한 감쇠는 전파보다는 도파관 입구에서의 반사로 인해 발생합니다.
도파관 커플링:
도파관 결합은 일반적으로 도파관 조각이나 구성 요소가 함께 결합될 때 플랜지를 통해 발생합니다.이 플랜지의 기능은 원활한 기계적 연결과 적절한 전기적 특성, 특히 낮은 외부 복사 및 낮은 내부 반사를 보장하는 것입니다.
플랜지:
도파관 플랜지는 마이크로파 통신, 레이더 시스템, 위성 통신, 안테나 시스템 및 과학 연구용 실험실 장비에 널리 사용됩니다.이는 서로 다른 도파관 섹션을 연결하고, 누출 및 간섭을 방지하고, 도파관의 정확한 정렬을 유지하여 높은 신뢰성의 전송과 주파수 전자기파의 정확한 위치 지정을 보장하는 데 사용됩니다.일반적인 도파관에는 그림 5와 같이 각 끝에 플랜지가 있습니다.
그림 5 (a) 일반 플랜지, (b) 플랜지 커플링.
더 낮은 주파수에서는 플랜지가 도파관에 납땜되거나 용접되는 반면, 더 높은 주파수에서는 더 평평한 맞대기 플랫 플랜지가 사용됩니다.두 부분을 결합할 때 플랜지는 함께 볼트로 결합되지만 연결의 불연속성을 피하기 위해 끝 부분을 부드럽게 마무리해야 합니다.일부 조정을 통해 구성 요소를 올바르게 정렬하는 것이 확실히 더 쉽기 때문에 더 작은 도파관에는 때때로 링 너트와 함께 나사로 고정할 수 있는 나사형 플랜지가 장착되어 있습니다.주파수가 증가함에 따라 도파관 결합의 크기는 자연스럽게 감소하고 신호 파장 및 도파관 크기에 비례하여 결합 불연속성이 커집니다.따라서 더 높은 주파수에서의 불연속성은 더 문제가 됩니다.
그림 6 (a) 초크 커플링의 단면, (b) 초크 플랜지의 끝면
이 문제를 해결하기 위해 그림 6과 같이 도파관 사이에 작은 간격을 남길 수 있습니다. 일반 플랜지와 초크 플랜지가 함께 연결된 초크 커플 링으로 구성됩니다.발생할 수 있는 불연속성을 보상하기 위해 단면이 L자형인 원형 초크 링을 초크 플랜지에 사용하여 더욱 긴밀하게 연결됩니다.일반 플랜지와 달리 초크 플랜지는 주파수에 민감하지만 최적화된 설계를 통해 SWR이 1.05를 초과하지 않는 합리적인 대역폭(중심 주파수의 10% 정도)을 보장할 수 있습니다.
게시 시간: 2024년 1월 15일
