¿Cómo lograr la adaptación de impedancia de las guías de ondas?A partir de la teoría de la línea de transmisión en la teoría de la antena microstrip, sabemos que se pueden seleccionar líneas de transmisión en serie o paralelas apropiadas para lograr la adaptación de impedancia entre líneas de transmisión o entre líneas de transmisión y cargas para lograr la máxima transmisión de potencia y la mínima pérdida por reflexión.El mismo principio de adaptación de impedancia en líneas microstrip se aplica a la adaptación de impedancia en guías de ondas.Los reflejos en los sistemas de guías de ondas pueden provocar desajustes de impedancia.Cuando se produce un deterioro de la impedancia, la solución es la misma que para las líneas de transmisión, es decir, cambiar el valor requerido. La impedancia concentrada se coloca en puntos precalculados en la guía de ondas para superar el desajuste, eliminando así los efectos de los reflejos.Mientras que las líneas de transmisión utilizan impedancias agrupadas o trozos, las guías de ondas utilizan bloques metálicos de diversas formas.
Figura 1: Iris de guía de ondas y circuito equivalente, (a) capacitivo; (b) inductivo; (c) resonante.
La Figura 1 muestra los diferentes tipos de adaptación de impedancias, tomando cualquiera de las formas mostradas y puede ser capacitiva, inductiva o resonante.El análisis matemático es complejo, pero la explicación física no lo es.Considerando la primera tira de metal capacitiva en la figura, se puede ver que el potencial que existía entre las paredes superior e inferior de la guía de ondas (en el modo dominante) ahora existe entre las dos superficies metálicas más cercanas, por lo que la capacitancia es La el punto aumenta.En contraste, el bloque de metal en la Figura 1b permite que la corriente fluya donde antes no fluía.Habrá un flujo de corriente en el plano del campo eléctrico previamente mejorado debido a la adición del bloque de metal.Por tanto, se produce almacenamiento de energía en el campo magnético y aumenta la inductancia en ese punto de la guía de ondas.Además, si la forma y posición del anillo metálico en la Figura c se diseñan razonablemente, la reactancia inductiva y capacitiva introducidas serán iguales y la apertura será de resonancia paralela.Esto significa que la adaptación y sintonización de impedancia del modo principal es muy buena y el efecto de derivación de este modo será insignificante.Sin embargo, otros modos o frecuencias se atenuarán, por lo que el anillo metálico resonante actúa como filtro de paso de banda y filtro de modo.
figura 2: (a) postes de guía de ondas; (b) igualador de dos tornillos
Otra forma de sintonizar se muestra arriba, donde un poste de metal cilíndrico se extiende desde uno de los lados anchos hacia la guía de ondas, teniendo el mismo efecto que una tira de metal en términos de proporcionar reactancia concentrada en ese punto.El poste de metal puede ser capacitivo o inductivo, dependiendo de qué tan lejos se extienda dentro de la guía de ondas.Esencialmente, este método de adaptación consiste en que cuando dicho pilar metálico se extiende ligeramente dentro de la guía de ondas, proporciona una susceptancia capacitiva en ese punto, y la susceptancia capacitiva aumenta hasta que la penetración es aproximadamente un cuarto de longitud de onda. En este punto, se produce resonancia en serie. .Una mayor penetración del poste metálico da como resultado que se proporcione una susceptancia inductiva que disminuye a medida que la inserción se vuelve más completa.La intensidad de resonancia en la instalación del punto medio es inversamente proporcional al diámetro de la columna y puede usarse como filtro, sin embargo, en este caso se usa como filtro de parada de banda para transmitir modos de orden superior.En comparación con el aumento de la impedancia de las tiras metálicas, una ventaja importante de utilizar postes metálicos es que son fáciles de ajustar.Por ejemplo, se pueden utilizar dos tornillos como dispositivos de sintonización para lograr una adaptación eficiente de la guía de ondas.
Cargas resistivas y atenuadores:
Como cualquier otro sistema de transmisión, las guías de ondas a veces requieren una adaptación perfecta de impedancia y cargas sintonizadas para absorber completamente las ondas entrantes sin reflexión y ser insensibles a la frecuencia.Una aplicación para estos terminales es realizar diversas mediciones de potencia en el sistema sin irradiar potencia.
figura 3 carga de resistencia de la guía de ondas(a)cono simple(b)cono doble
La terminación resistiva más común es una sección de dieléctrico con pérdidas instalada al final de la guía de ondas y ahusada (con la punta apuntando hacia la onda entrante) para no causar reflejos.Este medio con pérdidas puede ocupar todo el ancho de la guía de ondas, o puede ocupar solo el centro del extremo de la guía de ondas, como se muestra en la Figura 3. La conicidad puede ser simple o doble y normalmente tiene una longitud de λp/2. con una longitud total de aproximadamente dos longitudes de onda.Generalmente están hechos de placas dieléctricas como el vidrio, recubiertas con una película de carbón o vidrio soluble en el exterior.Para aplicaciones de alta potencia, a dichos terminales se les pueden agregar disipadores de calor en el exterior de la guía de ondas, y la potencia entregada al terminal se puede disipar a través del disipador de calor o mediante enfriamiento por aire forzado.
figura 4 Atenuador de paletas móviles
Los atenuadores dieléctricos pueden hacerse removibles como se muestra en la Figura 4. Ubicados en el medio de la guía de ondas, se pueden mover lateralmente desde el centro de la guía de ondas, donde proporcionará la mayor atenuación, hasta los bordes, donde la atenuación se reduce considerablemente. ya que la intensidad del campo eléctrico del modo dominante es mucho menor.
Atenuación en guía de ondas:
La atenuación de energía de las guías de ondas incluye principalmente los siguientes aspectos:
1. Reflexiones de discontinuidades internas de la guía de ondas o secciones de guía de ondas desalineadas
2. Pérdidas causadas por la corriente que fluye en las paredes de las guías de ondas.
3. Pérdidas dieléctricas en guías de ondas llenas.
Las dos últimas son similares a las pérdidas correspondientes en las líneas coaxiales y ambas son relativamente pequeñas.Esta pérdida depende del material de la pared y su rugosidad, del dieléctrico utilizado y de la frecuencia (debido al efecto piel).Para conductos de latón, el rango es de 4 dB/100 m a 5 GHz a 12 dB/100 m a 10 GHz, pero para conductos de aluminio, el rango es menor.Para las guías de ondas recubiertas de plata, las pérdidas suelen ser de 8 dB/100 m a 35 GHz, 30 dB/100 m a 70 GHz y cercanas a 500 dB/100 m a 200 GHz.Para reducir las pérdidas, especialmente en las frecuencias más altas, las guías de ondas a veces están recubiertas (internamente) con oro o platino.
Como ya se ha señalado, la guía de ondas actúa como un filtro de paso alto.Aunque la guía de ondas en sí prácticamente no tiene pérdidas, las frecuencias por debajo de la frecuencia de corte se atenúan gravemente.Esta atenuación se debe a la reflexión en la boca de la guía de ondas más que a la propagación.
Acoplamiento de guía de ondas:
El acoplamiento de guías de ondas generalmente ocurre a través de bridas cuando se unen piezas o componentes de guías de ondas.La función de esta brida es garantizar una conexión mecánica suave y propiedades eléctricas adecuadas, en particular una baja radiación externa y una baja reflexión interna.
Brida:
Las bridas de guía de ondas se utilizan ampliamente en comunicaciones por microondas, sistemas de radar, comunicaciones por satélite, sistemas de antenas y equipos de laboratorio en investigaciones científicas.Se utilizan para conectar diferentes secciones de guía de ondas, garantizar que se eviten fugas e interferencias y mantener una alineación precisa de la guía de ondas para garantizar una transmisión alta confiable y un posicionamiento preciso de las ondas electromagnéticas de frecuencia.Una guía de ondas típica tiene una brida en cada extremo, como se muestra en la Figura 5.
figura 5 (a)brida lisa;(b)acoplamiento de brida.
En frecuencias más bajas, la brida se soldará o soldará a la guía de ondas, mientras que en frecuencias más altas se utilizará una brida plana a tope.Cuando se unen dos piezas, las bridas se atornillan entre sí, pero los extremos deben tener un acabado suave para evitar discontinuidades en la conexión.Obviamente, es más fácil alinear los componentes correctamente con algunos ajustes, por lo que las guías de ondas más pequeñas a veces están equipadas con bridas roscadas que se pueden atornillar con una tuerca anular.A medida que aumenta la frecuencia, el tamaño del acoplamiento de la guía de ondas disminuye naturalmente y la discontinuidad del acoplamiento se vuelve mayor en proporción a la longitud de onda de la señal y al tamaño de la guía de ondas.Por lo tanto, las discontinuidades a frecuencias más altas se vuelven más problemáticas.
Figura 6 (a) Sección transversal del acoplamiento del estrangulador; (b) Vista final de la brida del estrangulador
Para resolver este problema, se puede dejar un pequeño espacio entre las guías de ondas, como se muestra en la Figura 6. Un acoplamiento de estrangulación que consta de una brida ordinaria y una brida de estrangulación conectadas entre sí.Para compensar posibles discontinuidades, se utiliza un anillo estrangulador circular con una sección transversal en forma de L en la brida estranguladora para lograr una conexión más ajustada.A diferencia de las bridas ordinarias, las bridas estranguladoras son sensibles a la frecuencia, pero un diseño optimizado puede garantizar un ancho de banda razonable (quizás el 10% de la frecuencia central) sobre el cual la ROE no exceda 1,05.
Hora de publicación: 15 de enero de 2024
