Rekayasa Microwave - Panduan Cepat
Spektrum Elektromagnetik terdiri dari seluruh jangkauan radiasi elektromagnetik. Radiasi adalah energi yang bergerak dan menyebar saat ia merambat. Jenis radiasi elektromagnetik yang membuat spektrum elektromagnetik digambarkan pada gambar layar berikut.
Sekarang mari kita lihat properti Microwaves.
Properti Gelombang Mikro
Berikut ini adalah properti utama Microwaves.
Gelombang mikro adalah gelombang yang memancarkan energi elektromagnetik dengan panjang gelombang yang lebih pendek.
Gelombang mikro tidak dipantulkan oleh Ionosfer.
Gelombang mikro bergerak dalam garis lurus dan dipantulkan oleh permukaan konduktor.
Gelombang mikro mudah dilemahkan dalam jarak yang lebih pendek.
Arus gelombang mikro dapat mengalir melalui lapisan tipis kabel.
Keuntungan Gelombang Mikro
Ada banyak keuntungan dari Gelombang Mikro seperti berikut -
Mendukung bandwidth yang lebih besar dan karenanya lebih banyak informasi yang dikirimkan. Untuk alasan ini, gelombang mikro digunakan untuk komunikasi point-to-point.
Lebih banyak penguatan antena dimungkinkan.
Kecepatan data yang lebih tinggi ditransmisikan karena bandwidth lebih banyak.
Ukuran antena berkurang, karena frekuensinya lebih tinggi.
Konsumsi daya rendah karena sinyalnya memiliki frekuensi yang lebih tinggi.
Efek fading dikurangi dengan menggunakan propagasi garis pandang.
Menyediakan area refleksi yang efektif dalam sistem radar.
Komunikasi satelit dan terestrial dengan kapasitas tinggi dimungkinkan.
Komponen gelombang mikro miniatur berbiaya rendah dapat dikembangkan.
Penggunaan spektrum yang efektif dengan beragam aplikasi di semua rentang frekuensi yang tersedia.
Kekurangan Gelombang Mikro
Ada beberapa kelemahan Microwaves seperti berikut -
- Biaya peralatan atau biaya pemasangan tinggi.
- Mereka besar dan kuat dan menempati lebih banyak ruang.
- Gangguan elektromagnetik dapat terjadi.
- Variasi sifat dielektrik dengan suhu dapat terjadi.
- Ketidakefisienan yang melekat pada tenaga listrik.
Aplikasi Gelombang Mikro
Ada berbagai macam aplikasi untuk Gelombang Mikro, yang tidak memungkinkan untuk radiasi lainnya. Mereka adalah -
Komunikasi Nirkabel
- Untuk panggilan telepon jarak jauh
- Bluetooth
- Operasi WIMAX
- Transmisi siaran luar ruangan
- Layanan tambahan siaran
- Unit pengambilan jarak jauh
- Tautan studio / pemancar
- Satelit Siaran Langsung (DBS)
- Sistem Komunikasi Pribadi (PCS)
- Jaringan Area Lokal Nirkabel (WLAN)
- Sistem Video Seluler (CV)
- Sistem penghindaran tabrakan mobil
Elektronik
- Sakelar bebas jitter yang cepat
- Pemindah fase
- Generasi HF
- Elemen penyetelan
- Sistem ECM / ECCM (Electronic Counter Measure)
- Sistem spektrum tersebar
Penggunaan Komersial
- Alarm pencuri
- Pembuka pintu garasi
- Detektor kecepatan polisi
- Identifikasi dengan metode non-kontak
- Ponsel, pager, LAN nirkabel
- Televisi satelit, radio XM
- Detektor gerak
- Penginderaan jauh
Navigasi
- Sistem satelit navigasi global
- Sistem Penentuan Posisi Global (GPS)
Militer dan Radar
Radar untuk mendeteksi jangkauan dan kecepatan target.
Aplikasi SONAR
Kontrol lalu lintas udara
Perkiraan cuaca
Navigasi kapal
Aplikasi penyapuan ranjau
Penegakan batas kecepatan
Militer menggunakan frekuensi gelombang mikro untuk komunikasi dan untuk aplikasi yang disebutkan di atas.
Aplikasi Penelitian
- Resonansi atom
- Resonansi nuklir
Astronomi Radio
- Tandai radiasi latar gelombang mikro kosmik
- Deteksi gelombang dahsyat di alam semesta
- Deteksi banyak radiasi di alam semesta dan atmosfer bumi
Industri makanan
- Oven microwave digunakan untuk pemanasan ulang dan memasak
- Aplikasi pengolahan makanan
- Aplikasi prapemanasan
- Pre-cooking
- Memanggang biji-bijian / buncis
- Mengeringkan keripik kentang
- Perataan kelembaban
- Menyerap molekul air
Penggunaan Industri
- Karet vulkanisir
- Aplikasi kimia analitik
- Proses pengeringan dan reaksi
- Pengolahan keramik
- Matriks polimer
- Modifikasi permukaan
- Pemrosesan uap kimiawi
- Pengolahan bubuk
- Mensterilkan obat-obatan
- Sintesis kimia
- Remediasi limbah
- Kekuatan transmisi
- Membosankan terowongan
- Pemecah batu / beton
- Memecah lapisan batubara
- Menyembuhkan semen
- Pencahayaan RF
- Reaktor fusi
- Sistem penolakan aktif
Teknik Pengolahan Semikonduktor
- Pengetsaan ion reaktif
- Deposisi uap kimia
Spektroskopi
- Spektroskopi Electron Paramagnetic Resonance (EPR atau ESR)
- Untuk mengetahui tentang elektron tidak berpasangan dalam bahan kimia
- Untuk mengetahui radikal bebas dalam bahan
- Kimia elektron
Aplikasi Medis
- Memantau detak jantung
- Deteksi air paru-paru
- Deteksi tumor
- Hipertermia regional
- Aplikasi terapeutik
- Pemanasan lokal
- Angioplasty
- Tomografi gelombang mikro
- Pencitraan akustik gelombang mikro
Untuk setiap gelombang untuk merambat, maka dibutuhkan suatu media. Jalur transmisi, yang memiliki tipe berbeda, digunakan untuk propagasi Gelombang Mikro. Mari kita pelajari tentang mereka di bab berikutnya.
SEBUAH transmission lineadalah konektor yang mentransmisikan energi dari satu titik ke titik lainnya. Studi tentang teori saluran transmisi sangat membantu dalam penggunaan daya dan peralatan secara efektif.
Pada dasarnya ada empat jenis saluran transmisi -
- Jalur transmisi paralel dua kabel
- Garis koaksial
- Jalur transmisi substrat jenis strip
- Waveguides
Saat transmisi atau saat menerima, transfer energi harus dilakukan secara efektif, tanpa pemborosan daya. Untuk mencapai hal tersebut, ada beberapa parameter penting yang harus diperhatikan.
Parameter Utama Saluran Transmisi
Parameter penting dari saluran transmisi adalah resistansi, induktansi, kapasitansi, dan konduktansi.
Resistensi dan induktansi bersama-sama disebut sebagai saluran transmisi impedance.
Kapasitansi dan konduktansi bersama-sama disebut sebagai admittance.
Perlawanan
Resistensi yang ditawarkan oleh bahan dari mana saluran transmisi dibuat, akan sangat besar, terutama untuk saluran yang lebih pendek. Saat arus baris meningkat, kerugian ohmik $ \ kiri (I ^ {2} R \: kerugian \ kanan) $ juga meningkat.
Resistensi $R$ dari konduktor panjang "$l$" dan penampang "$a$" direpresentasikan sebagai
$$ R = \ rho \ frac {l} {a} $$
Dimana
?? $ \ rho $ = resistivitas bahan konduktor, yang konstan.
Suhu dan frekuensi arus merupakan faktor utama yang mempengaruhi hambatan suatu saluran. Hambatan konduktor bervariasi secara linier dengan perubahan suhu. Sedangkan jika frekuensi arus meningkat maka rapat arus yang menuju permukaan penghantar juga meningkat. Jika tidak, kerapatan arus menuju pusat konduktor meningkat.
Ini berarti, semakin banyak arus yang mengalir ke permukaan konduktor, semakin sedikit arus menuju pusat, yang dikenal sebagai Skin Effect.
Induktansi
Dalam saluran transmisi AC, arus mengalir secara sinusoidal. Arus ini menyebabkan medan magnet tegak lurus dengan medan listrik, yang juga bervariasi secara sinusoidal. Ini dikenal sebagai hukum Faraday. Bidang tersebut digambarkan pada gambar berikut.
Medan magnet yang bervariasi ini menginduksi beberapa EMF ke dalam konduktor. Sekarang tegangan induksi atau EMF ini mengalir dalam arah yang berlawanan dengan arus yang mengalir pada awalnya. EMF yang mengalir ke arah yang berlawanan ini secara ekuivalen ditunjukkan oleh parameter yang dikenal sebagaiInductance, yang merupakan properti untuk melawan pergeseran arus.
Ini dilambangkan dengan "L". Satuan pengukurannya adalah"Henry(H)".
Konduktansi
Akan ada arus bocor antara saluran transmisi dan tanah, dan juga antara konduktor fasa. Jumlah kecil arus bocor ini umumnya mengalir melalui permukaan isolator. Kebalikan dari arus bocor ini disebut sebagaiConductance. Ini dilambangkan dengan "G".
Aliran arus saluran dikaitkan dengan induktansi dan perbedaan tegangan antara dua titik dikaitkan dengan kapasitansi. Induktansi dikaitkan dengan medan magnet, sedangkan kapasitansi dikaitkan dengan medan listrik.
Kapasitansi
Perbedaan tegangan antara Phase conductorsmenimbulkan medan listrik antara konduktor. Kedua konduktor itu seperti pelat paralel dan udara di antaranya menjadi dielektrik. Pola ini menimbulkan efek kapasitansi antara konduktor.
Impedansi Karakteristik
Jika saluran transmisi lossless seragam dipertimbangkan, untuk gelombang yang berjalan dalam satu arah, rasio amplitudo tegangan dan arus di sepanjang saluran itu, yang tidak memiliki refleksi, disebut sebagai Characteristic impedance.
Ini dilambangkan dengan $ Z_0 $
$$ Z_0 = \ sqrt {\ frac {voltase \: \: gelombang \: \: nilai} {arus \: \: gelombang \: \: nilai}} $$
$$ Z_0 = \ sqrt {\ frac {R + jwL} {G + jwC}} $$
Untuk garis lossless, $ R_0 = \ sqrt {\ frac {L} {C}} $
Dimana $ L $ & $ C $ adalah induktansi dan kapasitansi per satuan panjang.
Pencocokan Impedansi
Untuk mencapai transfer daya maksimum ke beban, pencocokan impedansi harus dilakukan. Untuk mencapai pencocokan impedansi ini, kondisi berikut harus dipenuhi.
Hambatan beban harus sama dengan yang ada pada sumbernya.
$$ R_L = R_S $$
Reaktansi beban harus sama dengan sumber tetapi bertanda berlawanan.
$$ X_L = -X_S $$
Artinya, jika sumbernya induktif, bebannya harus kapasitif dan sebaliknya.
Refleksi Koefisien
Parameter yang menyatakan jumlah energi yang dipantulkan karena ketidakcocokan impedansi dalam saluran transmisi disebut sebagai Reflection coefficient. Ini ditunjukkan dengan $ \ rho $(rho).
Ini dapat didefinisikan sebagai "rasio tegangan yang dipantulkan dengan tegangan datang di terminal beban".
$$ \ rho = \ frac {tercermin \: voltase} {insiden \: voltase} = \ frac {V_r} {V_i} \: at \: load \: terminal $$
Jika impedansi antara perangkat dan saluran transmisi tidak cocok satu sama lain, maka energi akan dipantulkan. Semakin tinggi energi yang dipantulkan, semakin besar nilai koefisien refleksi $ \ rho $.
Rasio Gelombang Berdiri Tegangan (VSWR)
Gelombang berdiri terbentuk ketika gelombang datang dipantulkan. Gelombang berdiri yang terbentuk mengandung sejumlah tegangan. Besarnya gelombang berdiri dapat diukur dari segi rasio gelombang berdiri.
Perbandingan tegangan maksimum dengan tegangan minimum dalam gelombang berdiri dapat didefinisikan sebagai Rasio Gelombang Berdiri Tegangan (VSWR). Ini dilambangkan dengan "$ S $".
$$ S = \ frac {\ kiri | V_ {max} \ kanan |} {\ kiri | V_ {mnt} \ kanan |} \ quad 1 \: \ leq S \ leq \ infty $$
VSWR menggambarkan pola gelombang berdiri tegangan yang ada di saluran transmisi karena penambahan dan pengurangan fase dari insiden dan gelombang yang dipantulkan.
Oleh karena itu, dapat juga ditulis sebagai
$$ S = \ frac {1 + \ rho} {1 - \ rho} $$
Semakin besar ketidakcocokan impedansi, semakin tinggi amplitudo gelombang berdiri. Oleh karena itu, jika impedansinya cocok dengan sempurna,
$$ V_ {maks}: V_ {min} = 1: 1 $$
Oleh karena itu, nilai VSWR adalah unity yang berarti transmisinya sempurna.
Efisiensi Jalur Transmisi
Efisiensi saluran transmisi didefinisikan sebagai rasio daya keluaran terhadap daya masukan.
$ \% \: efisiensi \: dari \: transmisi \: line \: \ eta = \ frac {Daya \: terkirim \: at \: reception} {Daya \: terkirim \: from \: the \: transmission \: akhir} \ kali 100 $
Regulasi Tegangan
Regulasi tegangan didefinisikan sebagai perubahan besar tegangan antara ujung pengirim dan penerima dari saluran transmisi.
$ \% \: tegangan \: regulasi = \ frac {pengiriman \: akhir \: tegangan - \: penerimaan \: akhir \: tegangan} {pengiriman \: akhir \: tegangan} \ kali 100 $
Kerugian karena Ketidakcocokan Impedansi
Saluran transmisi, jika tidak diakhiri dengan beban yang sesuai, terjadi kerugian. Kerugian ini banyak jenisnya seperti kehilangan atenuasi, kehilangan refleksi, kehilangan transmisi, kehilangan pengembalian, kehilangan penyisipan, dll.
Atenuasi Loss
Kerugian yang terjadi karena absorpsi sinyal di saluran transmisi disebut sebagai kerugian Atenuasi, yang direpresentasikan sebagai
$$ Atenuasi \: kerugian (dB) = 10 \: log_ {10} \ kiri [\ frac {E_i - E_r} {E_t} \ kanan] $$
Dimana
$ E_i $ = energi masukan
$ E_r $ = energi yang dipantulkan dari beban ke input
$ E_t $ = energi yang ditransmisikan ke beban
Kehilangan Refleksi
Kerugian yang terjadi karena pantulan sinyal karena ketidaksesuaian impedansi saluran transmisi disebut sebagai kerugian Refleksi, yang direpresentasikan sebagai
$$ Refleksi \: kerugian (dB) = 10 \: log_ {10} \ kiri [\ frac {E_i} {E_i - E_r} \ kanan] $$
Dimana
$ E_i $ = energi masukan
$ E_r $ = energi yang dipantulkan dari beban
Kehilangan Transmisi
Kerugian yang terjadi saat transmisi melalui saluran transmisi disebut sebagai Transmission loss, yang direpresentasikan sebagai
$$ Transmisi \: kerugian (dB) = 10 \: log_ {10} \: \ frac {E_i} {E_t} $$
Dimana
$ E_i $ = energi masukan
$ E_t $ = energi yang ditransmisikan
Mengembalikan kerugian
Ukuran daya yang dipantulkan oleh saluran transmisi disebut sebagai Return loss, yang direpresentasikan sebagai
$$ Pengembalian \: kerugian (dB) = 10 \: log_ {10} \: \ frac {E_i} {E_r} $$
Dimana
$ E_i $ = energi masukan
$ E_r $ = energi yang dipantulkan
Rugi Penyisipan
Kehilangan yang terjadi karena perpindahan energi menggunakan saluran transmisi dibandingkan dengan perpindahan energi tanpa saluran transmisi disebut sebagai kerugian penyisipan, yang direpresentasikan sebagai
$$ Penyisipan \: kerugian (dB) = 10 \: log_ {10} \: \ frac {E_1} {E_2} $$
Dimana
$ E_1 $ = energi yang diterima oleh beban ketika dihubungkan langsung ke sumber, tanpa saluran transmisi.
$ E_2 $ = energi yang diterima beban ketika saluran transmisi dihubungkan antara beban dan sumber.
Stub Matching
Jika impedansi beban tidak cocok dengan impedansi sumber, metode yang disebut "Stub Matching" kadang-kadang digunakan untuk mencapai pencocokan.
Proses menghubungkan bagian-bagian yang disebut open atau short circuit lines stubs di shunt dengan jalur utama di beberapa titik atau titik, bisa disebut sebagai Stub Matching.
Pada frekuensi gelombang mikro yang lebih tinggi, pada dasarnya dua teknik pencocokan rintisan digunakan.
Pencocokan Stub Tunggal
Dalam pencocokan rintisan tunggal, rintisan dengan panjang tetap tertentu ditempatkan pada jarak tertentu dari beban. Ini digunakan hanya untuk frekuensi tetap, karena untuk setiap perubahan frekuensi, lokasi stub harus diubah, yang tidak dilakukan. Metode ini tidak cocok untuk jalur koaksial.
Pencocokan Stub Ganda
Dalam pencocokan tiang ganda, dua rintisan dengan panjang variabel dipasang pada posisi tertentu. Saat beban berubah, hanya panjang stub yang disesuaikan untuk mencapai kecocokan. Ini banyak digunakan dalam praktik laboratorium sebagai perangkat pencocokan frekuensi tunggal.
Gambar berikut menunjukkan tampilan pencocokan rintisan.
Pencocokan rintisan tunggal dan pencocokan rintisan ganda, seperti yang ditunjukkan pada gambar di atas, dilakukan di saluran transmisi untuk mencapai pencocokan impedansi.
Gelombang memiliki medan listrik dan magnet. Semua komponen melintang medan listrik dan magnet ditentukan dari komponen aksial medan listrik dan magnet, searah z. Ini memungkinkan formasi mode, seperti TE, TM, TEM dan Hybrid dalam gelombang mikro. Mari kita lihat jenis mode.
Arah komponen listrik dan medan magnet pada tiga arah yang saling tegak lurus x, y, dan z seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut.
Jenis Mode
Mode perambatan gelombang mikro adalah -
TEM (Gelombang Elektromagnetik Transversal)
Dalam mode ini, medan listrik dan magnet murni melintang ke arah propagasi. Tidak ada komponen dalam arah $ 'Z' $.
$$ E_z = 0 \: dan \: H_z = 0 $$
TE (Gelombang Listrik Melintang)
Dalam mode ini, medan listrik melintang murni ke arah propagasi, sedangkan medan magnet tidak.
$$ E_z = 0 \: dan \: H_z \ ne 0 $$
TM (Gelombang Magnetik Melintang)
Dalam mode ini, medan magnet melintang murni ke arah propagasi, sedangkan medan listrik tidak.
$$ E_z \ ne 0 \: dan \: H_z = 0 $$
HE (Gelombang Hibrid)
Dalam mode ini, baik medan listrik maupun medan magnet tidak sepenuhnya melintang ke arah propagasi.
$$ E_z \ ne 0 \: dan \: H_z \ ne 0 $$
Jalur multi konduktor biasanya mendukung mode propagasi TEM, karena teori jalur transmisi hanya berlaku untuk sistem konduktor yang memiliki jalur pergi dan balik, yaitu yang dapat mendukung gelombang TEM.
Waveguides adalah jalur konduktor tunggal yang memungkinkan mode TE dan TM tetapi tidak mode TEM. Pemandu konduktor terbuka mendukung gelombang Hibrid. Jenis saluran transmisi dibahas pada bab berikutnya.
Jalur transmisi kabel terbuka konvensional tidak cocok untuk transmisi gelombang mikro, karena kehilangan radiasi akan tinggi. Pada frekuensi gelombang mikro, jalur transmisi yang digunakan secara garis besar dapat diklasifikasikan menjadi tiga jenis. Mereka adalah -
- Saluran multi konduktor
- Garis koaksial
- Garis strip
- Garis strip mikro
- Garis slot
- Garis coplanar, dll.
- Jalur konduktor tunggal (Waveguides)
- Pandu gelombang persegi panjang
- Pandu gelombang melingkar
- Pandu gelombang elips
- Pandu gelombang bergerigi tunggal
- Pandu gelombang bergerigi ganda, dll.
- Struktur batas terbuka
- Batang di-listrik
- Buka pandu gelombang, dll.
Garis Multi-konduktor
Jalur transmisi yang memiliki lebih dari satu konduktor disebut sebagai jalur multi konduktor.
Garis Koaksial
Yang ini banyak digunakan untuk aplikasi frekuensi tinggi.
Garis koaksial terdiri dari konduktor dalam dengan diameter dalam d, dan kemudian bahan isolasi silinder konsentris, di sekitarnya. Ini dikelilingi oleh konduktor luar, yang merupakan silinder konsentris dengan diameter dalamD. Struktur ini dipahami dengan baik dengan melihat gambar berikut.
Mode fundamental dan dominan pada kabel co-axial adalah mode TEM. Tidak ada frekuensi cutoff pada kabel koaksial. Itu melewati semua frekuensi. Namun, untuk frekuensi yang lebih tinggi, beberapa mode non-TEM orde tinggi mulai menyebar, menyebabkan banyak atenuasi.
Garis Strip
Ini adalah jalur transmisi planar, digunakan pada frekuensi dari 100MHz hingga 100GHz.
SEBUAH Strip line terdiri dari strip konduktor tipis tengah dengan lebar ω yang lebih besar dari ketebalannya t. Ini ditempatkan di dalam substrat dielektrik rugi rendah (ε r ) dengan ketebalan b / 2 antara dua pelat ground yang lebar. Lebar pelat arde lima kali lebih besar dari jarak antar pelat.
Ketebalan konduktor pusat logam dan ketebalan bidang tanah logam adalah sama. Gambar berikut menunjukkan penampang melintang dari struktur garis strip.
Mode fundamental dan dominan dalam garis Strip adalah mode TEM. Untukb<λ/2, tidak akan ada perambatan pada arah melintang. Impedansi garis strip berbanding terbalik dengan rasio lebarnyaω dari konduktor dalam ke kejauhan b di antara bidang tanah.
Garis Strip Mikro
Garis strip memiliki kelemahan yaitu tidak dapat diakses untuk penyetelan dan penyetelan. Hal ini dihindari dalam jalur strip mikro, yang memungkinkan pemasangan perangkat aktif atau pasif, dan juga memungkinkan membuat sedikit penyesuaian setelah sirkuit dibuat.
Jalur strip mikro adalah jalur transmisi pelat paralel yang tidak simetris, memiliki substrat di-elektrik yang memiliki ground metalisasi di bagian bawah dan strip konduktor tipis di atas dengan ketebalan 't'dan lebar'ω'. Hal ini dapat dipahami dengan melihat gambar berikut yang menunjukkan garis strip mikro.
Impedansi karakteristik dari strip mikro adalah fungsi dari lebar garis strip (ω), ketebalan (t) dan jarak antara garis dan bidang tanah (h). Jalur mikro terdiri dari banyak jenis seperti strip mikro tertanam, strip mikro terbalik, strip mikro tersuspensi dan jalur transmisi strip mikro berlubang.
Selain itu, beberapa garis TEM lain seperti garis strip paralel dan garis strip coplanar juga telah digunakan untuk sirkuit terpadu gelombang mikro.
Garis Lainnya
SEBUAH Parallel Strip linemirip dengan saluran transmisi dua konduktor. Ini dapat mendukung mode quasi TEM. Gambar berikut menjelaskan hal ini.
SEBUAH Coplanar strip linedibentuk oleh dua strip konduktor dengan satu strip dibumikan, keduanya ditempatkan pada permukaan substrat yang sama, untuk koneksi yang nyaman. Gambar berikut menjelaskan hal ini.
SEBUAH Slot line transmission line, terdiri dari celah atau celah dalam lapisan konduksi pada substrat dielektrik dan proses fabrikasi ini identik dengan garis strip mikro. Berikut adalah representasi diagramatisnya.
Pandu gelombang koplanar terdiri dari strip film logam tipis yang diendapkan pada permukaan pelat dielektrik. Pelat ini memiliki dua elektroda yang berjalan berdekatan dan sejajar dengan strip di atas permukaan yang sama. Gambar berikut menjelaskan hal ini.
Semua jalur mikro ini digunakan dalam aplikasi gelombang mikro di mana penggunaan yang besar dan mahal untuk membuat jalur transmisi akan merugikan.
Struktur Batas Terbuka
Ini juga dapat dinyatakan sebagai Open Electromagnetic Waveguides. Sebuah pandu gelombang yang tidak seluruhnya tertutup dalam pelindung logam, dapat dianggap sebagai pandu gelombang terbuka. Ruang bebas juga dianggap sebagai semacam pemandu gelombang terbuka.
Pandu gelombang terbuka dapat didefinisikan sebagai perangkat fisik apa pun dengan simetri aksial longitudinal dan penampang tak terbatas, yang mampu memandu gelombang elektromagnetik. Mereka memiliki spektrum yang tidak lagi terpisah. Garis strip mikro dan serat optik juga merupakan contoh pandu gelombang terbuka.
Umumnya, jika frekuensi sinyal atau pita sinyal tertentu tinggi, pemanfaatan bandwidth tinggi karena sinyal menyediakan lebih banyak ruang untuk sinyal lain untuk diakumulasikan. Namun, sinyal frekuensi tinggi tidak dapat menempuh jarak yang lebih jauh tanpa dilemahkan. Kami telah mempelajari bahwa jalur transmisi membantu sinyal untuk menempuh jarak yang lebih jauh.
Gelombang mikro merambat melalui sirkuit gelombang mikro, komponen dan perangkat, yang bertindak sebagai bagian dari jalur transmisi gelombang mikro, yang secara luas disebut sebagai Waveguides.
Sebuah tabung logam berongga penampang seragam untuk mentransmisikan gelombang elektromagnetik dengan refleksi berturut-turut dari dinding bagian dalam tabung disebut sebagai Waveguide.
Gambar berikut menunjukkan contoh pandu gelombang.
Pandu gelombang umumnya lebih disukai dalam komunikasi gelombang mikro. Waveguide adalah bentuk khusus saluran transmisi, yaitu tabung logam berlubang. Tidak seperti saluran transmisi, pandu gelombang tidak memiliki konduktor pusat.
Karakteristik utama dari Waveguide adalah -
Dinding tabung menyediakan induktansi terdistribusi.
Ruang kosong antara dinding tabung memberikan kapasitansi terdistribusi.
Ini besar dan mahal.
Keuntungan dari Waveguides
Berikut adalah beberapa keunggulan Waveguides.
Pandu gelombang mudah dibuat.
Mereka dapat menangani daya yang sangat besar (dalam kilo watt).
Kehilangan daya sangat diabaikan di pandu gelombang.
Mereka menawarkan kerugian yang sangat rendah (nilai atenuasi alfa rendah).
Ketika energi gelombang mikro bergerak melalui pandu gelombang, ia mengalami kerugian yang lebih rendah daripada kabel koaksial.
Jenis Waveguides
Ada lima jenis pandu gelombang.
- Pandu gelombang persegi panjang
- Pandu gelombang melingkar
- Pandu gelombang elips
- Pandu gelombang bergerigi tunggal
- Pandu gelombang bergerigi ganda
Gambar berikut menunjukkan jenis pandu gelombang.
Jenis pandu gelombang yang ditunjukkan di atas berlubang di tengah dan terbuat dari dinding tembaga. Ini memiliki lapisan tipis Au atau Ag di permukaan bagian dalam.
Sekarang mari kita bandingkan jalur transmisi dan pandu gelombang.
Jalur Transmisi Vs Waveguides
Perbedaan utama antara saluran transmisi dan pemandu gelombang adalah -
SEBUAH two conductor structure yang dapat mendukung gelombang TEM adalah saluran transmisi.
SEBUAH one conductor structure yang dapat mendukung gelombang TE atau gelombang TM tetapi bukan gelombang TEM disebut sebagai pandu gelombang.
Tabel berikut menunjukkan perbedaan antara jalur transmisi dan pandu gelombang.
Jalur Transmisi | Waveguides |
---|---|
Mendukung gelombang TEM | Tidak dapat mendukung gelombang TEM |
Semua frekuensi bisa lewat | Hanya frekuensi yang lebih besar dari frekuensi cut-off yang dapat melewatinya |
Transmisi dua konduktor | Satu transmisi konduktor |
Refleksi lebih sedikit | Sebuah gelombang bergerak melalui refleksi dari dinding pandu gelombang |
Ini memiliki impedansi karakteristik | Ini memiliki impedansi gelombang |
Propagasi gelombang sesuai dengan "Teori sirkuit" | Propagasi gelombang sesuai dengan "Teori medan" |
Ia memiliki konduktor balik ke bumi | Konduktor balik tidak diperlukan karena badan pandu gelombang bertindak sebagai bumi |
Bandwidth tidak dibatasi | Bandwidth terbatas |
Gelombang tidak menyebar | Ombak tersebar |
Kecepatan Fase
Kecepatan Fase adalah kecepatan di mana gelombang mengubah fasa untuk menjalani pergeseran fasa 2πradian. Ini dapat dipahami sebagai perubahan kecepatan komponen gelombang dari gelombang sinus, ketika dimodulasi.
Mari kita turunkan persamaan kecepatan fasa.
Menurut definisi, laju perubahan fasa pada 2π radian harus dipertimbangkan.
Yang berarti, $λ$ / $T$ karenanya,
$$ V = \ frac {\ lambda} {T} $$
Dimana,
$ λ $ = panjang gelombang dan $ T $ = waktu
$$ V = \ frac {\ lambda} {T} = \ lambda f $$
Sejak $ f = \ frac {1} {T} $
Jika kita mengalikan pembilang dan penyebut dengan 2π lalu, kita punya
$$ V = \ lambda f = \ frac {2 \ pi \ lambda f} {2 \ pi} $$
Kita tahu bahwa $ \ omega = 2 \ pi f $ and $ \ beta = \ frac {2 \ pi} {f} $
Persamaan di atas dapat ditulis sebagai,
$$ V = \ frac {2 \ pi f} {\ frac {2 \ pi} {\ lambda}} = \ frac {\ omega} {\ beta} $$
Oleh karena itu, persamaan kecepatan fasa direpresentasikan sebagai
$$ V_p = \ frac {\ omega} {\ beta} $$
Kecepatan Grup
Kecepatan Kelompok dapat didefinisikan sebagai tingkat di mana gelombang merambat melalui pandu gelombang. Hal ini dapat dipahami sebagai kecepatan perjalanan amplop termodulasi dibandingkan dengan pengangkut saja. Gelombang termodulasi ini bergerak melalui pandu gelombang.
Persamaan Kecepatan Kelompok direpresentasikan sebagai
$$ V_g = \ frac {d \ omega} {d \ beta} $$
Kecepatan amplop termodulasi biasanya lebih lambat dari sinyal pembawa.
Pada bab ini, kita akan membahas tentang komponen gelombang mikro seperti transistor gelombang mikro dan berbagai jenis dioda.
Transistor Microwave
Ada kebutuhan untuk mengembangkan transistor khusus untuk mentolerir frekuensi gelombang mikro. Karenanya untuk aplikasi gelombang mikro,silicon n-p-n transistorsyang dapat memberikan daya yang memadai pada frekuensi gelombang mikro telah dikembangkan. Mereka biasanya 5 watt pada frekuensi 3GHz dengan gain 5dB. Tampak penampang transistor seperti itu ditunjukkan pada gambar berikut.
Pembangunan Transistor Microwave
Sebuah n jenis lapisan epitaxial ditanam n+substrat yang merupakan kolektor. Hal ininwilayah, lapisan SiO2 ditanam secara termal. SEBUAHp-base dan sangat dikotori n-emittersdisebarkan ke pangkalan. Bukaan dibuat di Oksida untuk kontak Ohmic. Koneksi dibuat secara paralel.
Transistor tersebut memiliki geometri permukaan yang dikategorikan sebagai interdigitated, overlay, atau matrix. Bentuk-bentuk tersebut ditunjukkan pada gambar berikut.
Transistor daya menggunakan ketiga geometri permukaan.
Transistor sinyal kecil menggunakan geometri permukaan interdigitated. Struktur interdigitasi cocok untuk aplikasi sinyal kecil di pita L, S, dan C.
Geometri matriks terkadang disebut mesh atau grid emitor. Struktur Overlay dan Matriks berguna sebagai perangkat daya di wilayah UHF dan VHF.
Pengoperasian Transistor Microwave
Dalam transistor gelombang mikro, awalnya persimpangan basis-emitor dan basis kolektor bias terbalik. Pada penerapan sinyal gelombang mikro, persimpangan basis-emitor menjadi bias maju. Jika sebuahp-n-ptransistor dianggap, penerapan puncak positif sinyal, bias maju persimpangan basis emitor, membuat lubang melayang ke basis negatif tipis. Lubang selanjutnya mempercepat ke terminal negatif dari tegangan bias antara kolektor dan terminal dasar. Sebuah beban terhubung ke kolektor, menerima pulsa arus.
Perangkat Solid State
Klasifikasi perangkat Microwave solid state dapat dilakukan -
Tergantung pada perilaku kelistrikannya
-
Jenis resistansi non-linier.
Contoh - Varistor (resistansi variabel)
-
Jenis reaktansi non-linier.
Contoh - Varactors (reaktor variabel)
-
Jenis resistensi negatif.
Contoh - Dioda terowongan, Dioda Impatt, Dioda Gunn
-
Jenis impedansi yang dapat dikontrol.
Contoh - dioda PIN
-
- Tergantung konstruksinya
- Titik dioda kontak
- Dioda penghalang Schottky
- Perangkat Metal Oxide Semiconductor (MOS)
- Perangkat isolasi logam
Jenis-jenis dioda yang kami sebutkan di sini memiliki banyak kegunaan seperti amplifikasi, deteksi, pembangkit listrik, pergeseran fasa, konversi turun, konversi naik, modulasi terbatas, sakelar, dll.
Varactor Diode
Kapasitansi variabel tegangan dari sambungan bias balik dapat disebut sebagai dioda Varactor. Dioda varactor adalah perangkat semi-konduktor di mana kapasitansi sambungan dapat divariasikan sebagai fungsi dari bias balik dioda. Karakteristik CV dari dioda Varactor khas dan simbolnya ditunjukkan pada gambar berikut.
Kapasitansi sambungan tergantung pada tegangan yang diterapkan dan desain sambungan. Kami tahu itu,
$$ C_j \: \ alpha \: V_ {r} ^ {- n} $$
Dimana
$ C_j $ = Kapasitansi sambungan
$ V_r $ = Tegangan bias terbalik
$n$ = Parameter yang menentukan jenis persimpangan
Jika junction dibiaskan terbalik, operator seluler menghabiskan persimpangan, menghasilkan beberapa kapasitansi, di mana dioda berperilaku sebagai kapasitor, dengan persimpangan bertindak sebagai dielektrik. Kapasitansi menurun dengan peningkatan bias balik.
Enkapsulasi dioda berisi kabel listrik yang dipasang ke wafer semikonduktor dan kabel yang dipasang ke wadah keramik. Gambar berikut menunjukkan tampilan dioda microwave Varactor.
Ini mampu menangani daya besar dan voltase kerusakan terbalik yang besar. Ini memiliki kebisingan yang rendah. Meskipun variasi kapasitansi persimpangan merupakan faktor penting dalam dioda ini, resistansi parasit, kapasitansi, dan konduktansi dikaitkan dengan setiap dioda praktis, yang harus dijaga tetap rendah.
Aplikasi Varactor Diode
Dioda varactor digunakan dalam aplikasi berikut -
- Up konversi
- Penguat parametrik
- Generasi pulsa
- Pembentukan pulsa
- Sirkuit switching
- Modulasi sinyal gelombang mikro
Dioda Penghalang Schottky
Ini adalah dioda sederhana yang menunjukkan impedansi non-linier. Dioda ini banyak digunakan untuk deteksi dan pencampuran gelombang mikro.
Pembangunan Schottky Barrier Diode
Pelet semi-konduktor dipasang di atas dasar logam. Kawat pegas dihubungkan dengan titik tajam ke pelet silikon ini. Ini dapat dengan mudah dipasang ke jalur koaksial atau pandu gelombang. Gambar berikut memberikan gambaran yang jelas tentang konstruksi tersebut.
Pengoperasian Diode Penghalang Schottky
Dengan kontak antara semi-konduktor dan logam, daerah penipisan terbentuk. Wilayah logam memiliki lebar penipisan yang lebih kecil, secara komparatif. Ketika terjadi kontak, aliran elektron terjadi dari semi-konduktor ke logam. Penipisan ini membangun muatan ruang positif di semi-konduktor dan medan listrik menentang aliran lebih lanjut, yang mengarah pada terciptanya penghalang di antarmuka.
Selama bias maju, tinggi penghalang berkurang dan elektron diinjeksikan ke dalam logam, sedangkan selama bias balik, tinggi penghalang meningkat dan injeksi elektron hampir berhenti.
Keuntungan dari Schottky Barrier Diode
Inilah keuntungan-keuntungannya sebagai berikut.
- Biaya rendah
- Simplicity
- Reliable
- Angka kebisingan 4 hingga 5dB
Aplikasi Schottky Barrier Diode
Ini adalah aplikasi berikut.
- Mixer kebisingan rendah
- Mixer seimbang dalam radar gelombang kontinyu
- Detektor gelombang mikro
Perangkat Efek Gunn
JB Gunn menemukan fluktuasi periodik arus yang melewati n-type GaAsspesimen ketika tegangan yang diberikan melebihi nilai kritis tertentu. Dioda ini, ada dua lembah,L & U valleysdi pita konduksi dan transfer elektron terjadi di antara mereka, tergantung pada medan listrik yang diterapkan. Efek inversi populasi dari lembah-L bawah ke lembah-U atas disebutTransfer Electron Effect dan karenanya ini disebut sebagai Transfer Electron Devices (TED).
Aplikasi Gunn Dioda
Dioda gunn banyak digunakan pada perangkat berikut -
- Pemancar radar
- Transponder dalam kontrol lalu lintas udara
- Sistem telemetri industri
- Osilator daya
- Sirkuit logika
- Penguat linier broadband
Proses terjadinya penundaan antara tegangan dan arus, dalam longsoran bersamaan dengan waktu transit, melalui material dikatakan resistansi negatif. Perangkat yang membantu membuat dioda menunjukkan properti ini disebut sebagaiAvalanche transit time devices.
Contoh perangkat yang termasuk dalam kategori ini adalah dioda IMPATT, TRAPATT dan BARITT. Mari kita lihat masing-masing secara mendetail.
Dioda IMPATT
Ini adalah dioda semikonduktor daya tinggi, digunakan dalam aplikasi gelombang mikro frekuensi tinggi. Bentuk lengkap IMPATT adalahIMPact ionization Avalanche Transit Time diode.
Gradien tegangan saat diterapkan ke dioda IMPATT, menghasilkan arus tinggi. Dioda normal pada akhirnya akan rusak karena ini. Namun, dioda IMPATT dikembangkan untuk menahan semua ini. Gradien potensial tinggi diterapkan untuk bias balik dioda dan karenanya pembawa minoritas mengalir melintasi persimpangan.
Penerapan tegangan AC RF jika ditumpangkan pada tegangan DC tinggi, peningkatan kecepatan lubang dan elektron menghasilkan lubang dan elektron tambahan dengan melepaskannya dari struktur kristal dengan ionisasi Dampak. Jika medan DC asli yang diterapkan berada di ambang pengembangan situasi ini, maka ini mengarah ke perkalian arus longsoran dan proses ini berlanjut. Hal tersebut dapat dipahami dengan gambar berikut.
Karena efek ini, pulsa saat ini mengalami pergeseran fasa 90 °. Namun, alih-alih berada di sana, ia bergerak menuju katoda karena bias balik yang diterapkan. Waktu yang dibutuhkan untuk pulsa mencapai katoda tergantung pada ketebalannyan+lapisan, yang disesuaikan untuk membuat pergeseran fasa 90 °. Sekarang, resistansi negatif RF dinamis terbukti ada. Oleh karena itu, dioda IMPATT bertindak sebagai osilator dan penguat.
Gambar berikut menunjukkan detail konstruksi dioda IMPATT.
Efisiensi dioda IMPATT direpresentasikan sebagai
$$ \ eta = \ kiri [\ frac {P_ {ac}} {P_ {dc}} \ kanan] = \ frac {V_a} {V_d} \ kiri [\ frac {I_a} {I_d} \ kanan] $$
Dimana,
$ P_ {ac} $ = daya AC
$ P_ {dc} $ = daya DC
$ V_a \: \ & \: I_a $ = Tegangan & arus AC
$ V_d \: \ & \: I_d $ = Tegangan & arus DC
Kekurangan
Berikut adalah kelemahan dioda IMPATT.
- Ini berisik karena longsoran salju adalah proses yang bising
- Rentang tuning tidak sebagus dioda Gunn
Aplikasi
Berikut adalah aplikasi dioda IMPATT.
- Osilator microwave
- Generator microwave
- Osilator keluaran termodulasi
- Osilator lokal penerima
- Amplifikasi resistansi negatif
- Jaringan alarm intrusi (IMPATT Q tinggi)
- Radar polisi (IMPATT Q tinggi)
- Pemancar gelombang mikro berdaya rendah (IMPATT Q tinggi)
- Pemancar telekomunikasi FM (IMPATT Q rendah)
- Pemancar radar Doppler CW (IMPATT Q rendah)
TRAPATT Diode
Bentuk lengkap dioda TRAPATT adalah TRApped Plasma Avalanche Triggered Transit diode. Generator gelombang mikro yang beroperasi antara ratusan MHz hingga GHz. Biasanya ini adalah dioda daya puncak tinggin+- p-p+ atau p+-n-n+struktur dengan daerah penipisan tipe-n, lebar bervariasi dari 2,5 sampai 1,25 µm. Gambar berikut menggambarkan hal ini.
Elektron dan lubang yang terperangkap di daerah medan rendah di belakang zona, dibuat untuk mengisi daerah penipisan di dioda. Hal ini dilakukan oleh daerah longsoran medan tinggi yang merambat melalui dioda.
Gambar berikut menunjukkan grafik di mana AB menunjukkan pengisian, BC menunjukkan pembentukan plasma, DE menunjukkan ekstraksi plasma, EF menunjukkan ekstraksi sisa, dan FG menunjukkan pengisian.
Mari kita lihat apa yang terjadi di masing-masing poin.
A:Tegangan di titik A tidak cukup untuk terjadinya longsoran salju. Pada A, pembawa muatan karena hasil pembangkitan panas dalam pengisian dioda seperti kapasitansi linier.
A-B:Pada titik ini, medan listrik bertambah besar. Ketika sejumlah pembawa yang cukup dihasilkan, medan listrik ditekan di seluruh wilayah penipisan menyebabkan tegangan turun dari B ke C.
C:Muatan ini membantu longsoran berlanjut dan plasma padat elektron dan lubang tercipta. Medan akan ditekan lebih lanjut agar tidak membiarkan elektron atau lubang keluar dari lapisan penipisan, dan menjebak plasma yang tersisa.
D: Tegangan menurun pada titik D. Diperlukan waktu yang lama untuk membersihkan plasma karena muatan plasma total lebih besar dibandingkan dengan muatan per satuan waktu pada arus eksternal.
E:Di titik E, plasma dihilangkan. Muatan sisa lubang dan elektron masing-masing tetap berada di salah satu ujung lapisan defleksi.
E to F: Tegangan meningkat saat muatan sisa dilepas.
F: Pada titik F, semua muatan yang dihasilkan secara internal dihapus.
F to G: Dioda mengisi seperti kapasitor.
G:Pada titik G, arus dioda mencapai nol selama setengah periode. Tegangan tetap konstan seperti yang ditunjukkan pada grafik di atas. Keadaan ini berlanjut hingga arus kembali dan siklus berulang.
Kecepatan zona longsoran $ V_s $ direpresentasikan sebagai
$$ V_s = \ frac {dx} {dt} = \ frac {J} {qN_A} $$
Dimana
$J$ = Kepadatan arus
$q$= Muatan elektron 1,6 x 10 -19
$ N_A $ = Konsentrasi doping
Zona longsoran akan dengan cepat menyapu sebagian besar dioda dan waktu transit pengangkut direpresentasikan sebagai
$$ \ tau_s = \ frac {L} {V_s} $$
Dimana
$ V_s $ = Kecepatan melayang pembawa jenuh
$ L $ = Panjang spesimen
Waktu transit yang dihitung di sini adalah waktu antara penyuntikan dan pengambilan. Tindakan berulang meningkatkan output untuk menjadikannya penguat, sedangkan filter gelombang rendah gelombang mikro yang terhubung dalam shunt dengan rangkaian dapat membuatnya berfungsi sebagai osilator.
Aplikasi
Ada banyak aplikasi dioda ini.
- Radar Doppler berdaya rendah
- Osilator lokal untuk radar
- Sistem pendaratan gelombang mikro
- Altimeter radio
- Radar array bertahap, dll.
BARITT Diode
Bentuk lengkap BARITT Diode is BARrier Injection Transit Time diode. Ini adalah penemuan terbaru dalam keluarga ini. Meskipun dioda ini memiliki daerah drift yang panjang seperti dioda IMPATT, injeksi pembawa di dioda BARITT disebabkan oleh sambungan bias maju, tetapi tidak dari plasma daerah longsoran seperti di dalamnya.
Di dioda IMPATT, injeksi pembawa cukup berisik karena dampak ionisasi. Dalam dioda BARITT, untuk menghindari kebisingan, injeksi pembawa disediakan dengan cara meninju daerah penipisan. Resistansi negatif dalam dioda BARITT diperoleh karena penyimpangan lubang yang diinjeksikan ke ujung kolektor dioda, yang terbuat dari bahan tipe-p.
Gambar berikut menunjukkan detail konstruksi dioda BARITT.
Untuk sebuah m-n-m Dioda BARITT, Ps-Si Penghalang Schottky mengontak logam dengan n-type Si waferdiantara. Peningkatan arus yang cepat dengan tegangan yang diberikan (di atas 30v) disebabkan oleh injeksi lubang termionik ke dalam semikonduktor.
Tegangan kritis $ (Vc) $ bergantung pada konstanta doping $ (N) $, panjang semikonduktor $ (L) $ dan permitivitas dielektrik semikonduktor $ (\ epsilon S) $ direpresentasikan sebagai
$$ V_c = \ frac {qNL ^ 2} {2 \ epsilon S} $$
Sirkuit Terpadu Gelombang Mikro Monolitik (MMIC)
IC gelombang mikro adalah alternatif terbaik untuk pandu gelombang konvensional atau rangkaian koaksial, karena beratnya rendah, ukurannya kecil, sangat andal dan dapat direproduksi. Bahan dasar yang digunakan untuk sirkuit terpadu microwave monolitik adalah -
- Bahan substrat
- Bahan konduktor
- Film dielektrik
- Film resistif
Ini dipilih untuk memiliki karakteristik ideal dan efisiensi tinggi. Substrat tempat elemen sirkuit dibuat penting karena konstanta dielektrik material harus tinggi dengan faktor disipasi rendah, bersama dengan karakteristik ideal lainnya. Bahan substrat yang digunakan adalah GaAs, Ferit / garnet, Aluminium, berilium, gelas dan rutile.
Bahan konduktor dipilih karena memiliki konduktivitas tinggi, koefisien resistansi suhu rendah, daya rekat yang baik ke substrat dan etsa, dll. Aluminium, tembaga, emas, dan perak terutama digunakan sebagai bahan konduktor. Material dielektrik dan material resistif dipilih karena memiliki loss yang rendah dan stabilitas yang baik.
Teknologi Fabrikasi
Dalam sirkuit terintegrasi hibrida, perangkat semikonduktor dan elemen sirkuit pasif dibentuk pada substrat dielektrik. Sirkuit pasif adalah elemen yang didistribusikan atau digabung, atau kombinasi keduanya.
Sirkuit terpadu hibrida terdiri dari dua jenis.
- IC Hibrid
- Miniatur Hybrid IC
Pada kedua proses di atas, IC Hibrid menggunakan elemen rangkaian terdistribusi yang dibuat pada IC menggunakan teknik metalisasi lapisan tunggal, sedangkan IC hibrid Miniatur menggunakan elemen multi level.
Sebagian besar sirkuit analog menggunakan teknologi meso-isolasi untuk mengisolasi area tipe-n aktif yang digunakan untuk FET dan dioda. Sirkuit planar dibuat dengan menanamkan ion ke dalam substrat semi-isolasi, dan untuk memberikan isolasi, area tersebut ditutup-tutupi.
"Via hole"Teknologi digunakan untuk menghubungkan sumber dengan elektroda sumber yang terhubung ke tanah, dalam GaAs FET, yang ditunjukkan pada gambar berikut.
Ada banyak aplikasi MMIC.
- Komunikasi militer
- Radar
- ECM
- Sistem antena array bertahap
- Spread spectrum dan sistem TDMA
Mereka hemat biaya dan juga digunakan di banyak aplikasi konsumen domestik seperti DTH, telekomunikasi dan instrumentasi, dll.
Sama seperti sistem lain, sistem gelombang mikro terdiri dari banyak komponen gelombang mikro, terutama dengan sumber di satu ujung dan beban di ujung lainnya, yang semuanya terhubung dengan pandu gelombang atau kabel koaksial atau sistem saluran transmisi.
Berikut adalah properti dari pandu gelombang.
- SNR tinggi
- Atenuasi rendah
- Kehilangan penyisipan lebih rendah
Fungsi Gelombang Mikro Pandu Gelombang
Pertimbangkan sebuah pandu gelombang yang memiliki 4 port. Jika daya diterapkan ke satu port, ia melewati semua 3 port dalam beberapa proporsi di mana beberapa di antaranya mungkin mencerminkan kembali dari port yang sama. Konsep ini secara jelas digambarkan pada gambar berikut.
Parameter Hamburan
Untuk jaringan dua port, seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut, jika daya diterapkan pada satu port, seperti yang baru saja kita diskusikan, sebagian besar daya keluar dari port lain, sementara beberapa di antaranya mencerminkan kembali ke port yang sama. Pada gambar berikut, jikaV1 atau V2 diterapkan, lalu I1 atau I2 arus mengalir masing-masing.
Jika sumber diterapkan ke port yang berlawanan, dua kombinasi lainnya akan dipertimbangkan. Jadi, untuk jaringan dua port, kombinasi 2 × 2 = 4 cenderung terjadi.
Gelombang perjalanan dengan kekuatan terkait ketika menyebar melalui port, persimpangan gelombang mikro dapat ditentukan oleh Parameter-S atau Scattering Parameters, yang direpresentasikan dalam bentuk matriks, yang disebut sebagai "Scattering Matrix".
Matriks Hamburan
Ini adalah matriks persegi yang memberikan semua kombinasi hubungan daya antara berbagai port input dan output dari sambungan gelombang mikro. Elemen-elemen matriks ini disebut"Scattering Coefficients" atau "Scattering (S) Parameters".
Perhatikan gambar berikut.
Di sini, sumber dihubungkan melalui $ i ^ {th} $ line sedangkan $ a_1 $ adalah gelombang insiden dan $ b_1 $ adalah gelombang yang dipantulkan.
Jika suatu relasi diberikan antara $ b_1 $ dan $ a_1 $,
$$ b_1 = (refleksi \: \: koefisien) a_1 = S_ {1i} a_1 $$
Dimana
$ S_ {1i} $ = Koefisien refleksi $ 1 ^ {st} $ line ($ i $ adalah port input dan $ 1 $ adalah port output)
$ 1 $ = Refleksi dari $ 1 ^ {st} $ line
$ i $ = Sumber terhubung pada $ i ^ {th} $ baris
Jika impedansinya cocok, maka daya akan ditransfer ke beban. Tidak mungkin, jika impedansi beban tidak cocok dengan impedansi karakteristik. Kemudian refleksi terjadi. Artinya, refleksi terjadi jika
$$ Z_l \ neq Z_o $$
Namun, jika ketidakcocokan ini terjadi pada lebih dari satu port, misalnya $ 'n' $ ports, maka $ i = 1 $ hingga $ n $ (karena $ i $ dapat berupa baris apa pun dari $ 1 $ hingga $ n $).
Oleh karena itu, kami punya
$$ b_1 = S_ {11} a_1 + S_ {12} a_2 + S_ {13} a_3 + ............... + S_ {1n} a_n $$
$$ b_2 = S_ {21} a_1 + S_ {22} a_2 + S_ {23} a_3 + ............... + S_ {2n} a_n $$
$$. $$
$$. $$
$$. $$
$$. $$
$$. $$
$$ b_n = S_ {n1} a_1 + S_ {n2} a_2 + S_ {n3} a_3 + ............... + S_ {nn} a_n $$
Ketika semuanya ini disimpan dalam bentuk matriks,
$$ \ begin {bmatrix} b_1 \\ b_2 \\ b_3 \\. \\. \\. \\ b_n \ end {bmatrix} = \ begin {bmatrix} S_ {11} & S_ {12} & S_ {13 } & ... & S_ {1n} \\ S_ {21} & S_ {22} & S_ {23} & ... & S_ {2n} \\. &. &. & ... &. \\. &. &. & ... &. \\. &. &. & ... &. \\ S_ {n1} & S_ {n2} & S_ {n3} & ... & S_ {nn} \\ \ end {bmatrix} \ times \ begin {bmatrix} a_1 \\ a_2 \\ a_3 \\. \ \. \\. \\ a_n \ end {bmatrix} $$
Column matrix $ [b] $ Scattering matrix $ [S] $Matrix $ [a] $
Matriks kolom $ \ left [b \ right] $ berhubungan dengan gelombang yang dipantulkan atau keluaran, sedangkan matriks $ \ left [a \ right] $ berhubungan dengan gelombang datang atau masukan. Matriks kolom hamburan $ \ left [s \ right] $ yang berurutan $ n \ times n $ berisi koefisien refleksi dan koefisien transmisi. Karena itu,
$$ \ kiri [b \ kanan] = \ kiri [S \ kanan] \ kiri [a \ kanan] $$
Properti Matriks [S]
Matriks hamburan diindikasikan sebagai matriks $ [S] $. Ada beberapa properti standar untuk matriks $ [S] $. Mereka adalah -
-
$ [S] $ selalu merupakan matriks orde kuadrat (nxn)
$ [S] _ {n \ kali n} $
-
$ [S] $ adalah matriks simetris
yaitu, $ S_ {ij} = S_ {ji} $
-
$ [S] $ adalah matriks kesatuan
yaitu, $ [S] [S] ^ * = I $
Jumlah produk dari setiap suku dari setiap baris atau kolom dikalikan dengan konjugasi kompleks dari suku terkait dari baris atau kolom lainnya adalah nol. yaitu,
$$ \ sum_ {i = j} ^ {n} S_ {ik} S_ {ik} ^ {*} = 0 \: untuk \: k \ neq j $$
$$ (k = 1,2,3, ... \: n) \: dan \: (j = 1,2,3, ... \: n) $$
-
Jika jarak listrik antara beberapa $ k ^ {th} $ port dan persimpangan adalah $ \ beta _kI_k $, maka koefisien $ S_ {ij} $ yang melibatkan $ k $, akan dikalikan dengan faktor $ e ^ {- j \ beta kIk} $
Dalam beberapa bab berikutnya, kita akan melihat berbagai jenis sambungan Microwave Tee.
Persimpangan E-Plane Tee dibentuk dengan memasang pandu gelombang sederhana ke dimensi yang lebih luas dari pandu gelombang persegi panjang, yang sudah memiliki dua port. Lengan pandu gelombang persegi panjang membuat dua port disebutcollinear ports yaitu Port1 dan Port2, sedangkan yang baru, Port3 disebut sebagai Side arm atau E-arm. Tee E-plane nya juga disebut sebagaiSeries Tee.
Karena sumbu lengan samping sejajar dengan medan listrik, sambungan ini disebut sambungan E-Plane Tee. Ini juga disebut sebagaiVoltage atau Series junction. Port 1 dan 2 berada di luar fase 180 ° satu sama lain. Detail penampang tee bidang-E dapat dipahami pada gambar berikut.
Gambar berikut menunjukkan koneksi yang dibuat oleh sidearm ke pandu gelombang dua arah untuk membentuk port paralel.
Properti E-Plane Tee
Properti E-Plane Tee dapat ditentukan oleh matriks $ [S] _ {3x3} $.
Ini adalah matriks 3 × 3 karena ada 3 kemungkinan masukan dan 3 kemungkinan keluaran.
$ [S] = \ mulai {bmatrix} S_ {11} & S_ {12} & S_ {13} \\ S_ {21} & S_ {22} & S_ {23} \\ S_ {31} & S_ {32 } & S_ {33} \ end {bmatrix} $ ........ Equation 1
Koefisien hamburan $ S_ {13} $ dan $ S_ {23} $ berada di luar fase sebesar 180 ° dengan masukan pada port 3.
$ S_ {23} = -S_ {13} $........ Equation 2
Port sangat cocok dengan persimpangan.
$ S_ {33} = 0 $........ Equation 3
Dari sifat simetris,
$ S_ {ij} = S_ {ji} $
$ S_ {12} = S_ {21} \: \: S_ {23} = S_ {32} \: \: S_ {13} = S_ {31} $........ Equation 4
Mempertimbangkan persamaan 3 & 4, matriks $ [S] $ dapat ditulis sebagai,
$ [S] = \ mulai {bmatrix} S_ {11} & S_ {12} & S_ {13} \\ S_ {12} & S_ {22} & -S_ {13} \\ S_ {13} & -S_ {13} & 0 \ end {bmatrix} $........ Equation 5
Kita dapat mengatakan bahwa kita memiliki empat hal yang tidak diketahui, dengan mempertimbangkan properti simetrinya.
Dari properti Kesatuan
$$ [S] [S] \ ast = [I] $$
$$ \ begin {bmatrix} S_ {11} & S_ {12} & S_ {13} \\ S_ {12} & S_ {22} & -S_ {13} \\ S_ {13} & -S_ {13} & 0 \ end {bmatrix} \: \ begin {bmatrix} S_ {11} ^ {*} & S_ {12} ^ {*} & S_ {13} ^ {*} \\ S_ {12} ^ {*} & S_ {22} ^ {*} & -S_ {13} ^ {*} \\ S_ {13} ^ {*} & -S_ {13} ^ {*} & 0 \ end {bmatrix} = \ begin { bmatrix} 1 & 0 & 0 \\ 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 1 \ end {bmatrix} $$
Mengalikan kita dapatkan,
(Memperhatikan R sebagai baris dan C sebagai kolom)
$ R_1C_1: S_ {11} S_ {11} ^ {*} + S_ {12} S_ {12} ^ {*} + S_ {13} S_ {13} ^ {*} = 1 $
$ \ kiri | S_ {11} \ kanan | ^ 2 + \ kiri | S_ {11} \ kanan | ^ 2 + \ kiri | S_ {11} \ kanan | ^ 2 = 1 $........ Equation 6
$ R_2C_2: \ kiri | S_ {12} \ kanan | ^ 2 + \ kiri | S_ {22} \ kanan | ^ 2 + \ kiri | S_ {13} \ kanan | ^ 2 = 1 $......... Equation 7
$ R_3C_3: \ kiri | S_ {13} \ kanan | ^ 2 + \ kiri | S_ {13} \ kanan | ^ 2 = 1 $......... Equation 8
$ R_3C_1: S_ {13} S_ {11} ^ {*} - S_ {13} S_ {12} ^ {*} = 1 $ ......... Equation 9
Menyamakan persamaan 6 & 7, kita dapatkan
$ S_ {11} = S_ {22} $ ......... Equation 10
Dari Persamaan 8,
$ 2 \ tersisa | S_ {13} \ right | ^ 2 \ quad atau \ quad S_ {13} = \ frac {1} {\ sqrt {2}} $......... Equation 11
Dari Persamaan 9,
$ S_ {13} \ kiri (S_ {11} ^ {*} - S_ {12} ^ {*} \ kanan) $
Atau $ S_ {11} = S_ {12} = S_ {22} $ ......... Equation 12
Menggunakan persamaan 10, 11, dan 12 pada persamaan 6,
kita mendapatkan,
$ \ kiri | S_ {11} \ kanan | ^ 2 + \ kiri | S_ {11} \ kanan | ^ 2 + \ frac {1} {2} = 1 $
$ 2 \ tersisa | S_ {11} \ kanan | ^ 2 = \ frac {1} {2} $
Atau $ S_ {11} = \ frac {1} {2} $ ......... Equation 13
Mengganti nilai dari persamaan di atas dalam matriks $ [S] $,
Kita mendapatkan,
$$ \ left [S \ right] = \ begin {bmatrix} \ frac {1} {2} & \ frac {1} {2} & \ frac {1} {\ sqrt {2}} \\ \ frac { 1} {2} & \ frac {1} {2} & - \ frac {1} {\ sqrt {2}} \\ \ frac {1} {\ sqrt {2}} & - \ frac {1} { \ sqrt {2}} & 0 \ end {bmatrix} $$
Kita tahu bahwa $ [b] $ = $ [S] [a] $
$$ \ begin {bmatrix} b_1 \\ b_2 \\ b_3 \ end {bmatrix} = \ begin {bmatrix} \ frac {1} {2} & \ frac {1} {2} & \ frac {1} {\ sqrt {2}} \\ \ frac {1} {2} & \ frac {1} {2} & - \ frac {1} {\ sqrt {2}} \\ \ frac {1} {\ sqrt {2 }} & - \ frac {1} {\ sqrt {2}} & 0 \ end {bmatrix} \ begin {bmatrix} a_1 \\ a_2 \\ a_3 \ end {bmatrix} $$
Ini adalah matriks hamburan untuk E-Plane Tee, yang menjelaskan sifat hamburannya.
Sambungan Tee H-Plane dibentuk dengan memasang pandu gelombang sederhana ke pandu gelombang persegi panjang yang sudah memiliki dua port. Lengan pandu gelombang persegi panjang membuat dua port disebutcollinear ports yaitu Port1 dan Port2, sedangkan yang baru, Port3 disebut sebagai Side arm atau H-arm. Tee H-plane ini juga disebut sebagaiShunt Tee.
Karena sumbu lengan samping sejajar dengan medan magnet, sambungan ini disebut sambungan H-Plane Tee. Ini juga disebut sebagaiCurrent junction, saat medan magnet membelah diri menjadi lengan. Detail penampang tee bidang-H dapat dipahami pada gambar berikut.
Gambar berikut menunjukkan koneksi yang dibuat oleh sidearm ke pandu gelombang dua arah untuk membentuk port serial.
Properti dari H-Plane Tee
Properti H-Plane Tee dapat ditentukan dengan matriks $ \ left [S \ right] _ {3 \ times 3} $.
Ini adalah matriks 3 × 3 karena ada 3 kemungkinan masukan dan 3 kemungkinan keluaran.
$ [S] = \ mulai {bmatrix} S_ {11} & S_ {12} & S_ {13} \\ S_ {21} & S_ {22} & S_ {23} \\ S_ {31} & S_ {32 } & S_ {33} \ end {bmatrix} $ ........ Equation 1
Koefisien hamburan $ S_ {13} $ dan $ S_ {23} $ sama di sini karena persimpangan simetris dalam bidang.
Dari sifat simetris,
$ S_ {ij} = S_ {ji} $
$ S_ {12} = S_ {21} \: \: S_ {23} = S_ {32} = S_ {13} \: \: S_ {13} = S_ {31} $
Portnya sangat cocok
$ S_ {33} = 0 $
Sekarang, matriks $ [S] $ dapat ditulis sebagai,
$ [S] = \ mulai {bmatrix} S_ {11} & S_ {12} & S_ {13} \\ S_ {12} & S_ {22} & S_ {13} \\ S_ {13} & S_ {13 } & 0 \ end {bmatrix} $ ........ Equation 2
Kita dapat mengatakan bahwa kita memiliki empat hal yang tidak diketahui, dengan mempertimbangkan properti simetrinya.
Dari properti Kesatuan
$$ [S] [S] \ ast = [I] $$
$$ \ begin {bmatrix} S_ {11} & S_ {12} & S_ {13} \\ S_ {12} & S_ {22} & S_ {13} \\ S_ {13} & S_ {13} & 0 \ end {bmatrix} \: \ begin {bmatrix} S_ {11} ^ {*} & S_ {12} ^ {*} & S_ {13} ^ {*} \\ S_ {12} ^ {*} & S_ {22} ^ {*} & S_ {13} ^ {*} \\ S_ {13} ^ {*} & S_ {13} ^ {*} & 0 \ end {bmatrix} = \ begin {bmatrix} 1 & 0 & 0 \\ 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 1 \ end {bmatrix} $$
Mengalikan kita dapatkan,
(Memperhatikan R sebagai baris dan C sebagai kolom)
$ R_1C_1: S_ {11} S_ {11} ^ {*} + S_ {12} S_ {12} ^ {*} + S_ {13} S_ {13} ^ {*} = 1 $
$ \ kiri | S_ {11} \ kanan | ^ 2 + \ kiri | S_ {12} \ kanan | ^ 2 + \ kiri | S_ {13} \ kanan | ^ 2 = 1 $........ Equation 3
$ R_2C_2: \ kiri | S_ {12} \ kanan | ^ 2 + \ kiri | S_ {22} \ kanan | ^ 2 + \ kiri | S_ {13} \ kanan | ^ 2 = 1 $......... Equation 4
$ R_3C_3: \ kiri | S_ {13} \ kanan | ^ 2 + \ kiri | S_ {13} \ kanan | ^ 2 = 1 $......... Equation 5
$ R_3C_1: S_ {13} S_ {11} ^ {*} - S_ {13} S_ {12} ^ {*} = 0 $ ......... Equation 6
$ 2 \ tersisa | S_ {13} \ right | ^ 2 = 1 \ quad atau \ quad S_ {13} = \ frac {1} {\ sqrt {2}} $......... Equation 7
$ \ kiri | S_ {11} \ kanan | ^ 2 = \ kiri | S_ {22} \ kanan | ^ 2 $
$ S_ {11} = S_ {22} $ ......... Equation 8
Dari Persamaan 6, $ S_ {13} \ kiri (S_ {11} ^ {*} + S_ {12} ^ {*} \ kanan) = 0 $
Karena, $ S_ {13} \ neq 0, S_ {11} ^ {*} + S_ {12} ^ {*} = 0, \: atau \: S_ {11} ^ {*} = -S_ {12} ^ {*} $
Atau $ S_ {11} = -S_ {12} \: \: atau \: \: S_ {12} = -S_ {11} $......... Equation 9
Menggunakan ini dalam persamaan 3,
Karena, $ S_ {13} \ neq 0, S_ {11} ^ {*} + S_ {12} ^ {*} = 0, \: atau \: S_ {11} ^ {*} = -S_ {12} ^ {*} $
$ \ kiri | S_ {11} \ kanan | ^ 2 + \ kiri | S_ {11} \ right | ^ 2 + \ frac {1} {2} = 1 \ quad atau \ quad 2 \ left | S_ {11} \ right | ^ 2 = \ frac {1} {2} \ quad atau \ quad S_ {11} = \ frac {1} {2} $..... Equation 10
Dari persamaan 8 dan 9,
$ S_ {12} = - \ frac {1} {2} $......... Equation 11
$ S_ {22} = \ frac {1} {2} $......... Equation 12
Mengganti $ S_ {13} $, $ S_ {11} $, $ S_ {12} $ dan $ S_ {22} $ dari persamaan 7 dan 10, 11 dan 12 dalam persamaan 2,
Kita mendapatkan,
$$ \ left [S \ right] = \ begin {bmatrix} \ frac {1} {2} & - \ frac {1} {2} & \ frac {1} {\ sqrt {2}} \\ - \ frac {1} {2} & \ frac {1} {2} & \ frac {1} {\ sqrt {2}} \\ \ frac {1} {\ sqrt {2}} & \ frac {1} { \ sqrt {2}} & 0 \ end {bmatrix} $$
Kita tahu bahwa $ [b] $ = $ [s] [a] $
$$ \ begin {bmatrix} b_1 \\ b_2 \\ b_3 \ end {bmatrix} = \ begin {bmatrix} \ frac {1} {2} & - \ frac {1} {2} & \ frac {1} { \ sqrt {2}} \\ - \ frac {1} {2} & \ frac {1} {2} & \ frac {1} {\ sqrt {2}} \\ \ frac {1} {\ sqrt { 2}} & \ frac {1} {\ sqrt {2}} & 0 \ end {bmatrix} \ begin {bmatrix} a_1 \\ a_2 \\ a_3 \ end {bmatrix} $$
Ini adalah matriks hamburan untuk H-Plane Tee, yang menjelaskan sifat hamburannya.
Sambungan Tee Bidang EH dibentuk dengan memasang dua pandu gelombang sederhana, satu paralel dan seri lainnya, ke pemandu gelombang persegi panjang yang sudah memiliki dua port. Ini juga disebut sebagaiMagic Tee, atau Hybrid atau 3dB coupler.
Lengan pandu gelombang persegi panjang membuat dua port disebut collinear ports yaitu, Port 1 dan Port 2, sedangkan Port 3 disebut sebagai H-Arm atau Sum port atau Parallel port. Port 4 disebut sebagaiE-Arm atau Difference port atau Series port.
Detail penampang Magic Tee dapat dipahami pada gambar berikut.
Gambar berikut menunjukkan koneksi yang dibuat oleh lengan samping ke pandu gelombang dua arah untuk membentuk port paralel dan serial.
Karakteristik EH Plane Tee
Jika sinyal dengan fase dan besaran yang sama dikirim ke port 1 dan port 2, maka output di port 4 adalah nol dan output di port 3 akan menjadi aditif dari kedua port 1 dan 2.
Jika sinyal dikirim ke port 4, (E-arm) maka daya dibagi antara port 1 dan 2 secara merata tetapi dalam fase yang berlawanan, sementara tidak akan ada output di port 3. Oleh karena itu, $ S_ {34} $ = 0 .
Jika sinyal diumpankan di port 3, maka daya dibagi antara port 1 dan 2 secara merata, sementara tidak akan ada output di port 4. Karenanya, $ S_ {43} $ = 0.
Jika sinyal diumpankan ke salah satu port collinear, maka tidak ada output di port collinear lainnya, karena lengan-E menghasilkan penundaan fase dan lengan-H menghasilkan gerak maju fase. Jadi, $ S_ {12} $ = $ S_ {21} $ = 0.
Properti EH Plane Tee
Properti EH Plane Tee dapat ditentukan oleh matriks $ \ left [S \ right] _ {4 \ times 4} $.
Ini adalah matriks 4 × 4 karena ada 4 kemungkinan masukan dan 4 kemungkinan keluaran.
$ [S] = \ mulai {bmatrix} S_ {11} & S_ {12} & S_ {13} & S_ {14} \\ S_ {21} & S_ {22} & S_ {23} & S_ {24} \\ S_ {31} & S_ {32} & S_ {33} & S_ {34} \\ S_ {41} & S_ {42} & S_ {43} & S_ {44} \ end {bmatrix} $ ........ Equation 1
Karena memiliki bagian Tee H-Plane
$ S_ {23} = S_ {13} $........ Equation 2
Karena memiliki bagian E-Plane Tee
$ S_ {24} = -S_ {14} $........ Equation 3
Port E-Arm dan port H-Arm sangat terisolasi sehingga yang lain tidak akan mengirimkan output, jika input diterapkan di salah satunya. Karenanya, ini dapat dicatat sebagai
$ S_ {34} = S_ {43} = 0 $........ Equation 4
Dari properti simetri, kami punya
$ S_ {ij} = S_ {ji} $
$ S_ {12} = S_ {21}, S_ {13} = S_ {31}, S_ {14} = S_ {41} $
$ S_ {23} = S_ {32}, S_ {24} = S_ {42}, S_ {34} = S_ {43} $........ Equation 5
Jika port 3 dan 4 sangat cocok dengan persimpangan, maka
$ S_ {33} = S_ {44} = 0 $........ Equation 6
Mensubstitusi semua persamaan di atas dalam persamaan 1, untuk mendapatkan matriks $ [S] $,
$ [S] = \ mulai {bmatrix} S_ {11} & S_ {12} & S_ {13} & S_ {14} \\ S_ {12} & S_ {22} & S_ {13} & -S_ {14 } \\ S_ {13} & S_ {13} & 0 & 0 \\ S_ {14} & -S_ {14} & 0 & 0 \ end {bmatrix} $........ Equation 7
Dari properti Kesatuan, $ [S] [S] ^ \ ast = [I] $
$ \ mulai {bmatrix} S_ {11} & S_ {12} & S_ {13} & S_ {14} \\ S_ {12} & S_ {22} & S_ {13} & -S_ {14} \\ S_ {13} & S_ {13} & 0 & 0 \\ S_ {14} & -S_ {14} & 0 & 0 \ end {bmatrix} \ begin {bmatrix} S_ {11} ^ {*} & S_ {12} ^ {*} & S_ {13} ^ {*} & S_ {14} ^ {*} \\ S_ {12} ^ {*} & S_ {22} ^ {*} & S_ {13} ^ {*} & -S_ {14} ^ {*} \\ S_ {13} & S_ {13} & 0 & 0 \\ S_ {14} & -S_ {14} & 0 & 0 \ end {bmatrix} $
$ = \ begin {bmatrix} 1 & 0 & 0 & 0 \\ 0 & 1 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 0 & 1 \ end {bmatrix} $
$ R_1C_1: \ kiri | S_ {11} \ kanan | ^ 2 + \ kiri | S_ {12} \ kanan | ^ 2 + \ kiri | S_ {13} \ kanan | ^ 2 = 1 + \ kiri | S_ {14} \ kanan | ^ 2 = 1 $......... Equation 8
$ R_2C_2: \ kiri | S_ {12} \ kanan | ^ 2 + \ kiri | S_ {22} \ kanan | ^ 2 + \ kiri | S_ {13} \ kanan | ^ 2 = 1 + \ kiri | S_ {14} \ kanan | ^ 2 = 1 $......... Equation 9
$ R_3C_3: \ kiri | S_ {13} \ kanan | ^ 2 + \ kiri | S_ {13} \ kanan | ^ 2 = 1 $......... Equation 10
$ R_4C_4: \ kiri | S_ {14} \ kanan | ^ 2 + \ kiri | S_ {14} \ kanan | ^ 2 = 1 $......... Equation 11
Dari persamaan 10 dan 11, kita dapatkan
$ S_ {13} = \ frac {1} {\ sqrt {2}} $........ Equation 12
$ S_ {14} = \ frac {1} {\ sqrt {2}} $........ Equation 13
Membandingkan persamaan 8 dan 9, kita punya
$ S_ {11} = S_ {22} $ ......... Equation 14
Menggunakan nilai-nilai ini dari persamaan 12 dan 13, kita dapatkan
$ \ kiri | S_ {11} \ kanan | ^ 2 + \ kiri | S_ {12} \ kanan | ^ 2 + \ frac {1} {2} + \ frac {1} {2} = 1 $
$ \ kiri | S_ {11} \ kanan | ^ 2 + \ kiri | S_ {12} \ kanan | ^ 2 = 0 $
$ S_ {11} = S_ {22} = 0 $ ......... Equation 15
Dari persamaan 9, kita mendapatkan $ S_ {22} = 0 $ ......... Equation 16
Sekarang kami memahami bahwa port 1 dan 2 sangat cocok dengan persimpangan. Karena ini adalah persimpangan 4 port, setiap kali dua port benar-benar cocok, dua port lainnya juga cocok dengan persimpangan tersebut.
Persimpangan tempat keempat port sangat cocok disebut sebagai Magic Tee Junction.
Dengan mengganti persamaan dari 12 menjadi 16, dalam matriks $ [S] $ persamaan 7, kita mendapatkan matriks hamburan Magic Tee sebagai
$$ [S] = \ begin {bmatrix} 0 & 0 & \ frac {1} {2} & \ frac {1} {\ sqrt {2}} \\ 0 & 0 & \ frac {1} {2} & - \ frac {1} {\ sqrt {2}} \\ \ frac {1} {\ sqrt {2}} & \ frac {1} {\ sqrt {2}} & 0 & 0 \\ \ frac {1} {\ sqrt {2}} & - \ frac {1} {\ sqrt {2}} & 0 & 0 \ end {bmatrix} $$
Kita sudah tahu bahwa, $ [b] $ = $ [S] [a] $
Menulis ulang di atas, kita dapatkan
$$ \ begin {vmatrix} b_1 \\ b_2 \\ b_3 \\ b_4 \ end {vmatrix} = \ begin {bmatrix} 0 & 0 & \ frac {1} {2} & \ frac {1} {\ sqrt {2} } \\ 0 & 0 & \ frac {1} {2} & - \ frac {1} {\ sqrt {2}} \\ \ frac {1} {\ sqrt {2}} & \ frac {1} {\ sqrt {2}} & 0 & 0 \\ \ frac {1} {\ sqrt {2}} & - \ frac {1} {\ sqrt {2}} & 0 & 0 \ end {bmatrix} \ begin {vmatrix} a_1 \ \ a_2 \\ a_3 \\ a_4 \ end {vmatrix} $$
Aplikasi EH Plane Tee
Beberapa aplikasi paling umum dari EH Plane Tee adalah sebagai berikut -
EH Plane junction digunakan untuk mengukur impedansi - Detektor null terhubung ke port E-Arm sementara sumber Microwave terhubung ke port H-Arm. Port collinear bersama dengan port ini membuat jembatan dan pengukuran impedansi dilakukan dengan menyeimbangkan jembatan.
EH Plane Tee digunakan sebagai duplexer - Duplexer adalah sirkuit yang berfungsi sebagai pemancar dan penerima, menggunakan antena tunggal untuk kedua tujuan tersebut. Port 1 dan 2 digunakan sebagai penerima dan pemancar di mana keduanya diisolasi dan karenanya tidak akan mengganggu. Antena terhubung ke port E-Arm. Beban yang cocok dihubungkan ke port H-Arm, yang tidak memberikan refleksi. Sekarang, ada transmisi atau penerimaan tanpa masalah.
EH Plane Tee digunakan sebagai mixer - Port E-Arm dihubungkan dengan antena dan port H-Arm dihubungkan dengan osilator lokal. Port 2 memiliki beban yang cocok yang tidak memiliki refleksi dan port 1 memiliki sirkuit mixer, yang mendapatkan setengah dari daya sinyal dan setengah dari daya osilator untuk menghasilkan frekuensi IF.
Selain aplikasi di atas, sambungan Tee Pesawat EH juga digunakan sebagai jembatan gelombang mikro, diskriminator gelombang mikro, dll.
Perangkat gelombang mikro ini digunakan ketika ada kebutuhan untuk menggabungkan dua sinyal tanpa perbedaan fasa dan untuk menghindari sinyal dengan perbedaan jalur.
Sebuah persimpangan Tee tiga port normal diambil dan port keempat ditambahkan padanya, untuk membuatnya menjadi persimpangan ratrace. Semua port ini dihubungkan dalam bentuk cincin bersudut pada interval yang sama menggunakan sambungan seri atau paralel.
Lingkar rata-rata balapan total adalah 1,5λ dan masing-masing dari empat pelabuhan dipisahkan oleh jarak λ / 4. Gambar berikut menunjukkan gambar persimpangan ras Tikus.
Mari kita pertimbangkan beberapa kasus untuk memahami pengoperasian persimpangan ras tikus.
Kasus 1
Jika daya masukan diterapkan pada port 1, ia akan dibagi sama rata menjadi dua port, tetapi searah jarum jam untuk port 2 dan berlawanan arah jarum jam untuk port 4. Port 3 sama sekali tidak memiliki output.
Pasalnya, pada port 2 dan 4, power bergabung dalam fase, sedangkan pada port 3, pembatalan terjadi karena perbedaan jalur λ / 2.
Kasus 2
Jika daya input diterapkan di port 3, daya dibagi rata antara port 2 dan port 4. Tetapi tidak akan ada output di port 1.
Kasus 3
Jika dua sinyal yang tidak sama diterapkan di port 1 itu sendiri, maka output akan sebanding dengan jumlah dua sinyal input, yang dibagi antara port 2 dan 4. Sekarang di port 3, output diferensial muncul.
Matriks Hamburan untuk persimpangan ras Tikus direpresentasikan sebagai
$$ [S] = \ mulai {bmatrix} 0 & S_ {12} & 0 & S_ {14} \\ S_ {21} & 0 & S_ {23} & 0 \\ 0 & S_ {32} & 0 & S_ {34} \ \ S_ {41} & 0 & S_ {43} & 0 \ end {bmatrix} $$
Aplikasi
Persimpangan perlombaan tikus digunakan untuk menggabungkan dua sinyal dan membagi sinyal menjadi dua bagian.
SEBUAH Directional coupleradalah perangkat yang mengambil sampel sejumlah kecil daya gelombang mikro untuk tujuan pengukuran. Pengukuran daya meliputi daya insiden, daya pantulan, nilai VSWR, dll.
Directional Coupler adalah sambungan pandu gelombang 4 port yang terdiri dari pandu gelombang utama primer dan pandu gelombang tambahan sekunder. Gambar berikut menunjukkan gambar directional coupler.
Directional coupler digunakan untuk memasangkan daya gelombang mikro yang mungkin searah atau dua arah.
Properti Directional Coupler
Properti dari directional coupler yang ideal adalah sebagai berikut.
Semua penghentian dicocokkan dengan pelabuhan.
Ketika daya berpindah dari Port 1 ke Port 2, sebagian darinya akan digabungkan ke Port 4 tetapi tidak ke Port 3.
Karena ini juga merupakan penggandeng dua arah, ketika daya bergerak dari Port 2 ke Port 1, sebagian darinya akan digabungkan ke Port 3 tetapi tidak ke Port 4.
Jika daya datang melalui Port 3, sebagian darinya dihubungkan ke Port 2, tetapi tidak ke Port 1.
Jika daya datang melalui Port 4, sebagian darinya dihubungkan ke Port 1, tetapi tidak ke Port 2.
Port 1 dan 3 dipisahkan seperti halnya Port 2 dan Port 4.
Idealnya, keluaran Port 3 harus nol. Namun, secara praktis, sejumlah kecil kekuatan disebutback power diamati di Port 3. Gambar berikut menunjukkan aliran daya di coupler arah.
Dimana
$ P_i $ = Daya insiden di Port 1
$ P_r $ = Daya diterima di Port 2
$ P_f $ = Teruskan daya gabungan di Port 4
$ P_b $ = Daya belakang di Port 3
Berikut adalah parameter yang digunakan untuk menentukan kinerja dari penggandeng terarah.
Faktor Kopling (C)
Faktor kopling dari penggandeng arah adalah rasio daya datang ke daya maju, diukur dalam dB.
$$ C = 10 \: log_ {10} \ frac {P_i} {P_f} dB $$
Directivity (D)
Directivity coupler direksional adalah rasio daya maju ke daya belakang, diukur dalam dB.
$$ D = 10 \: log_ {10} \ frac {P_f} {P_b} dB $$
Isolasi
Ini mendefinisikan properti direktif dari penggandeng terarah. Ini adalah rasio daya insiden dengan daya belakang, diukur dalam dB.
$$ I = 10 \: log_ {10} \ frac {P_i} {P_b} dB $$
Isolation in dB = Coupling factor + Directivity
Coupler Arah Dua Lubang
Ini adalah penggandeng terarah dengan pandu gelombang utama dan bantu yang sama, tetapi dengan dua lubang kecil yang umum di antara keduanya. Lubang-lubang ini terpisah $ {\ lambda_g} / {4} $ jarak di mana λg adalah panjang gelombang pemandu. Gambar berikut menunjukkan gambar coupler arah dua lubang.
Coupler arah dua lubang dirancang untuk memenuhi persyaratan ideal coupler terarah, yaitu untuk menghindari daya balik. Sebagian daya saat melakukan perjalanan antara Port 1 dan Port 2, lolos melalui lubang 1 dan 2.
Besarnya daya tergantung pada dimensi lubang. Daya bocor di kedua lubang ini berada dalam fase pada lubang 2, menambahkan daya yang berkontribusi pada daya majuPf. Namun, itu berada di luar fase di lubang 1, membatalkan satu sama lain dan mencegah daya belakang terjadi.
Oleh karena itu, pengarahan dari directional coupler meningkat.
Sambungan Pandu Gelombang
Karena sistem pandu gelombang tidak selalu dapat dibangun dalam satu bagian, terkadang perlu untuk menggabungkan pandu gelombang yang berbeda. Penggabungan ini harus dilakukan dengan hati-hati untuk mencegah masalah seperti - Efek refleksi, pembentukan gelombang berdiri, dan peningkatan atenuasi, dll.
Sambungan pandu gelombang selain menghindari penyimpangan, juga harus menjaga pola bidang E dan H dengan tidak mempengaruhinya. Ada banyak jenis sambungan pandu gelombang seperti flensa baut, sambungan flensa, sambungan choke, dll.
Untuk pembangkitan dan penguatan Gelombang Mikro, diperlukan beberapa tabung khusus yang disebut sebagai Microwave tubes. Dari mereka semua,Klystron adalah yang penting.
Unsur penting Klystron adalah berkas elektron dan resonator rongga. Berkas elektron dihasilkan dari suatu sumber dan klystron rongga digunakan untuk memperkuat sinyal. Kolektor hadir di ujung untuk mengumpulkan elektron. Seluruh pengaturan seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut.
Elektron yang dipancarkan oleh katoda dipercepat menuju resonator pertama. Kolektor di ujung memiliki potensial yang sama dengan resonator. Oleh karena itu, biasanya elektron memiliki kecepatan konstan di celah antara rongga resonator.
Awalnya, resonator rongga pertama disuplai dengan sinyal frekuensi tinggi yang lemah, yang harus diperkuat. Sinyal akan memulai medan elektromagnetik di dalam rongga. Sinyal ini dilewatkan melalui kabel koaksial seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut.
Karena medan ini, elektron yang melewati rongga resonator dimodulasi. Saat tiba di resonator kedua, elektron diinduksi dengan EMF lain pada frekuensi yang sama. Medan ini cukup kuat untuk mengekstrak sinyal besar dari rongga kedua.
Resonator Rongga
Pertama mari kita coba memahami detail konstruksi dan cara kerja resonator rongga. Gambar berikut menunjukkan rongga resonator.
Rangkaian resonansi sederhana yang terdiri dari kapasitor dan loop induktif dapat dibandingkan dengan resonator rongga ini. Konduktor memiliki elektron bebas. Jika muatan diterapkan ke kapasitor untuk membebankan tegangan polaritas ini, banyak elektron dikeluarkan dari pelat atas dan dimasukkan ke pelat bawah.
Pelat yang memiliki deposisi elektron lebih banyak akan menjadi katoda dan pelat yang memiliki jumlah elektron lebih sedikit menjadi anoda. Gambar berikut menunjukkan deposisi muatan pada kapasitor.
Garis medan listrik diarahkan dari muatan positif menuju negatif. Jika kapasitor diisi dengan polaritas terbalik, maka arah medan juga dibalik. Perpindahan elektron dalam tabung, merupakan arus bolak-balik. Arus bolak-balik ini menimbulkan medan magnet bolak-balik, yang keluar fasa dengan medan listrik kapasitor.
Ketika medan magnet berada pada kekuatan maksimumnya maka medan listrik menjadi nol dan setelah beberapa saat medan listrik menjadi maksimum sedangkan medan magnet berada pada nol. Pertukaran kekuatan ini terjadi dalam satu siklus.
Resonator Tertutup
Semakin kecil nilai kapasitor dan induktivitas loop, semakin tinggi osilasi atau frekuensi resonansi. Karena induktansi loop sangat kecil, frekuensi tinggi dapat diperoleh.
Untuk menghasilkan sinyal frekuensi yang lebih tinggi, induktansi selanjutnya dapat dikurangi dengan menempatkan lebih banyak loop induktif secara paralel seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut. Ini menghasilkan pembentukan resonator tertutup yang memiliki frekuensi sangat tinggi.
Dalam resonator tertutup, medan listrik dan magnet terbatas pada interior rongga. Resonator pertama rongga dieksitasi oleh sinyal eksternal yang akan diperkuat. Sinyal ini harus memiliki frekuensi di mana rongga dapat beresonansi. Arus dalam kabel koaksial ini membentuk medan magnet, yang darinya medan listrik berasal.
Bekerja dari Klystron
Untuk memahami modulasi berkas elektron, memasuki rongga pertama, mari pertimbangkan medan listrik. Medan listrik pada resonator terus berubah arah medan induksi. Bergantung pada ini, elektron yang keluar dari senjata elektron, mengatur kecepatannya.
Karena elektron bermuatan negatif, mereka dipercepat jika bergerak berlawanan dengan arah medan listrik. Juga, jika elektron bergerak ke arah yang sama dengan medan listrik, mereka akan mengalami perlambatan. Medan listrik ini terus berubah, oleh karena itu elektron dipercepat dan diperlambat tergantung pada perubahan medan. Gambar berikut menunjukkan aliran elektron ketika medan berlawanan arah.
Saat bergerak, elektron-elektron ini memasuki ruang bebas medan yang disebut sebagai drift spaceantara resonator dengan kecepatan yang bervariasi, yang menghasilkan tandan elektron. Tandan ini dibuat karena variasi kecepatan perjalanan.
Tandan ini memasuki resonator kedua, dengan frekuensi yang sesuai dengan frekuensi di mana resonator pertama berosilasi. Karena semua rongga resonator identik, pergerakan elektron membuat resonator kedua berosilasi. Gambar berikut menunjukkan pembentukan tandan elektron.
Medan magnet yang diinduksi di resonator kedua menginduksi beberapa arus di kabel koaksial, memulai sinyal keluaran. Energi kinetik elektron di rongga kedua hampir sama dengan yang ada di rongga pertama sehingga tidak ada energi yang diambil dari rongga tersebut.
Elektron saat melewati rongga kedua, hanya sedikit yang dipercepat sementara tandan elektron dipercepat. Oleh karena itu, semua energi kinetik diubah menjadi energi elektromagnetik untuk menghasilkan sinyal keluaran.
Amplifikasi Klystron dua rongga seperti itu rendah dan karenanya Klystron multi rongga digunakan.
Gambar berikut menggambarkan contoh penguat Klystron multi-rongga.
Dengan sinyal yang diterapkan di rongga pertama, kami mendapatkan tandan lemah di rongga kedua. Ini akan membentuk ladang di rongga ketiga, yang menghasilkan tandan yang lebih terkonsentrasi dan seterusnya. Karenanya, amplifikasi lebih besar.
Generator gelombang mikro ini, merupakan Klystron yang bekerja pada refleksi dan osilasi dalam satu rongga yang memiliki frekuensi variabel.
Reflex Klystron terdiri dari pistol elektron, filamen katoda, rongga anoda, dan elektroda di potensial katoda. Ini memberikan daya rendah dan memiliki efisiensi rendah.
Konstruksi Reflex Klystron
Pistol elektron memancarkan berkas elektron, yang melewati celah di rongga anoda. Elektron-elektron ini bergerak menuju elektroda Repeller, yang memiliki potensial negatif tinggi. Karena medan negatif yang tinggi, elektron menolak kembali ke rongga anoda. Dalam perjalanan kembali mereka, elektron memberi lebih banyak energi ke celah dan osilasi ini dipertahankan. Rincian konstruksi klystron refleks ini seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut.
Diasumsikan bahwa osilasi sudah ada di dalam tabung dan ditopang oleh operasinya. Elektron saat melewati rongga anoda, memperoleh kecepatan tertentu.
Pengoperasian Reflex Klystron
Pengoperasian Reflex Klystron dipahami dengan beberapa asumsi. Berkas elektron dipercepat menuju rongga anoda.
Mari kita asumsikan bahwa elektron referensi ermelintasi rongga anoda tetapi tidak memiliki kecepatan ekstra dan menolak kembali setelah mencapai elektroda Repeller, dengan kecepatan yang sama. Elektron lain, katakanlahee yang dimulai lebih awal dari elektron referensi ini, mencapai Repeller terlebih dahulu, tetapi kembali perlahan, mencapai pada waktu yang sama dengan elektron referensi.
Kami memiliki elektron lain, elektron akhir el, yang dimulai lebih lambat dari keduanya er dan eeNamun, ia bergerak dengan kecepatan yang lebih besar saat kembali ke belakang, mencapai waktu yang sama dengan er dan ee.
Nah, tiga elektron ini, yaitu er, ee dan el mencapai celah pada saat yang sama, membentuk sebuah electron bunch. Waktu tempuh ini disebut sebagaitransit time, yang seharusnya memiliki nilai optimal. Gambar berikut mengilustrasikannya.
Rongga anoda mempercepat elektron saat pergi dan mendapatkan energinya dengan memperlambatnya selama perjalanan kembali. Ketika tegangan gap berada pada positif maksimum, ini memungkinkan elektron negatif maksimum melambat.
Waktu transit optimal direpresentasikan sebagai
$$ T = n + \ frac {3} {4} \ quad di mana \: n \: adalah \: an \: integer $$
Waktu transit ini tergantung pada tegangan Repeller dan anoda.
Penerapan Reflex Klystron
Reflex Klystron digunakan dalam aplikasi di mana frekuensi variabel diinginkan, seperti -
- Penerima radio
- Tautan microwave portabel
- Penguat parametrik
- Osilator lokal penerima gelombang mikro
- Sebagai sumber sinyal dimana frekuensi variabel diinginkan dalam generator gelombang mikro.
Tabung gelombang perjalanan adalah perangkat gelombang mikro broadband yang tidak memiliki resonator rongga seperti Klystrons. Amplifikasi dilakukan melalui interaksi yang berkepanjangan antara berkas elektron dan medan Radio Frequency (RF).
Pembangunan Tabung Gelombang Perjalanan
Tabung gelombang perjalanan adalah struktur silinder yang berisi senjata elektron dari tabung katoda. Ini memiliki pelat anoda, heliks dan kolektor. Input RF dikirim ke salah satu ujung heliks dan output diambil dari ujung heliks lainnya.
Pistol elektron memfokuskan berkas elektron dengan kecepatan cahaya. Medan magnet memandu sinar untuk fokus, tanpa hamburan. Medan RF juga merambat dengan kecepatan cahaya yang dihambat oleh heliks. Helix bertindak sebagai struktur gelombang lambat. Medan RF yang diterapkan disebarkan dalam heliks, menghasilkan medan listrik di tengah heliks.
Medan listrik yang dihasilkan karena sinyal RF yang diterapkan, bergerak dengan kecepatan cahaya dikalikan dengan rasio jarak heliks ke lingkar heliks. Kecepatan berkas elektron, berjalan melalui heliks, menginduksi energi ke gelombang RF pada heliks.
Gambar berikut menjelaskan fitur konstruksi tabung gelombang berjalan.
Dengan demikian, keluaran yang diperkuat diperoleh pada keluaran TWT. Kecepatan fase aksial $ V_p $ direpresentasikan sebagai
$$ V_p = V_c \ kiri ({Pitch} / {2 \ pi r} \ kanan) $$
Dimana radalah jari-jari heliks. Karena heliks memberikan perubahan terkecil dalam kecepatan fase $ V_p $, itu lebih disukai daripada struktur gelombang lambat lainnya untuk TWT. Dalam TWT, senapan elektron memfokuskan berkas elektron, di celah antara pelat anoda, ke heliks, yang kemudian dikumpulkan di kolektor. Gambar berikut menjelaskan pengaturan elektroda dalam tabung gelombang berjalan.
Pengoperasian Tabung Gelombang Perjalanan
Pelat anoda, ketika berada pada potensial nol, yang berarti ketika medan listrik aksial berada pada sebuah simpul, kecepatan berkas elektron tetap tidak terpengaruh. Ketika gelombang pada medan listrik aksial berada di antinoda positif, elektron dari berkas elektron bergerak ke arah yang berlawanan. Elektron ini dipercepat, mencoba mengejar elektron akhir, yang bertemu dengan simpul medan aksial RF.
Pada titik di mana medan aksial RF berada di antinode negatif, elektron yang disebutkan sebelumnya mencoba menyalip karena efek medan negatif. Elektron menerima kecepatan termodulasi. Sebagai hasil kumulatif, gelombang kedua diinduksi di heliks. Output menjadi lebih besar dari input dan menghasilkan amplifikasi.
Aplikasi Travelling Wave Tube
Ada banyak aplikasi dari tabung gelombang berjalan.
TWT digunakan dalam penerima gelombang mikro sebagai penguat RF dengan noise rendah.
TWT juga digunakan dalam tautan komunikasi pita lebar dan kabel koaksial sebagai penguat repeater atau penguat perantara untuk memperkuat sinyal rendah.
TWT memiliki masa pakai tabung yang lama, yang karenanya mereka digunakan sebagai tabung keluaran daya di satelit komunikasi.
TWT daya tinggi gelombang kontinu digunakan dalam tautan Troposcatter, karena daya yang besar dan bandwidth yang besar, untuk menyebar ke jarak yang jauh.
TWT digunakan dalam radar berdenyut daya tinggi dan radar berbasis darat.
Berbeda dengan tabung yang telah dibahas sejauh ini, Magnetron adalah tabung medan silang tempat medan listrik dan medan magnet saling bersilangan, yaitu tegak lurus satu sama lain. Dalam TWT, diamati bahwa elektron ketika dibuat untuk berinteraksi dengan RF, untuk waktu yang lebih lama, daripada di Klystron, menghasilkan efisiensi yang lebih tinggi. Teknik yang sama diikuti di Magnetron.
Jenis Magnetron
Ada tiga jenis utama Magnetron.
Jenis Resistensi Negatif
- Hambatan negatif antara dua segmen anoda, digunakan.
- Mereka memiliki efisiensi yang rendah.
- Mereka digunakan pada frekuensi rendah (<500 MHz).
Magnetron Frekuensi Siklotron
Sinkronisme antara komponen listrik dan elektron berosilasi dipertimbangkan.
Berguna untuk frekuensi yang lebih tinggi dari 100MHz.
Jenis Gelombang atau Rongga Bepergian
Interaksi antara elektron dan medan EM yang berputar diperhitungkan.
Osilasi daya puncak tinggi disediakan.
Berguna dalam aplikasi radar.
Magnetron Rongga
Magnetron disebut sebagai Cavity Magnetron karena anoda dibuat menjadi rongga resonan dan magnet permanen digunakan untuk menghasilkan medan magnet yang kuat, di mana aksi keduanya membuat perangkat bekerja.
Pembangunan Cavity Magnetron
Katoda silinder tebal hadir di tengah dan blok silinder tembaga, dipasang secara aksial, yang bertindak sebagai anoda. Blok anoda ini terbuat dari sejumlah slot yang berfungsi sebagai rongga anoda resonan.
Ruang yang ada antara anoda dan katoda disebut sebagai Interaction space. Medan listrik hadir secara radial sedangkan medan magnet hadir secara aksial di rongga magnetron. Medan magnet ini dihasilkan oleh magnet permanen, yang ditempatkan sedemikian rupa sehingga garis magnet sejajar dengan katoda dan tegak lurus dengan medan listrik yang ada di antara anoda dan katoda.
Gambar berikut menunjukkan detail konstruksi rongga magnetron dan garis magnet fluks yang ada, secara aksial.
Magnetron Rongga ini memiliki 8 rongga yang saling menempel erat. Magnetron rongga-N memiliki mode operasi $ N $. Operasi ini bergantung pada frekuensi dan fase osilasi. Pergeseran fasa total di sekitar cincin resonator rongga ini harus $ 2n \ pi $ di mana $ n $ adalah bilangan bulat.
Jika $ \ phi_v $ mewakili perubahan fasa relatif dari medan listrik AC melintasi rongga yang berdekatan, maka
$$ \ phi_v = \ frac {2 \ pi n} {N} $$
Di mana $ n = 0, \: \ pm1, \: \ pm2, \: \ pm \: (\ frac {N} {2} -1), \: \ pm \ frac {N} {2} $
Artinya, mode resonansi $ \ frac {N} {2} $ dapat muncul jika $ N $ adalah bilangan genap.
Jika,
$$ n = \ frac {N} {2} \ quad lalu \ quad \ phi_v = \ pi $$
Mode resonansi ini disebut sebagai $ \ pi-mode $.
$$ n = 0 \ quad lalu \ quad \ phi_v = 0 $$
Ini disebut sebagai Zero mode, karena tidak akan ada medan listrik RF antara anoda dan katoda. Ini juga disebut sebagaiFringing Field dan mode ini tidak digunakan dalam magnetron.
Pengoperasian Cavity Magnetron
Saat Cavity Klystron sedang beroperasi, kami memiliki kasus berbeda untuk dipertimbangkan. Mari kita bahas secara detail.
Case 1
Jika medan magnet tidak ada, yaitu B = 0, maka perilaku elektron dapat diamati pada gambar berikut. Mempertimbangkan contoh, di mana elektrona langsung menuju ke anoda di bawah gaya listrik radial.
Case 2
Jika terjadi peningkatan medan magnet, gaya lateral bekerja pada elektron. Ini dapat diamati pada gambar berikut, dengan mempertimbangkan elektronb yang mengambil jalur melengkung, sementara kedua gaya bekerja di atasnya.
Radius jalur ini dihitung sebagai
$$ R = \ frac {mv} {eB} $$
Ini bervariasi secara proporsional dengan kecepatan elektron dan berbanding terbalik dengan kekuatan medan magnet.
Case 3
Jika medan magnet B semakin meningkat, elektron mengikuti jalur seperti elektron c, hanya menyentuh permukaan anoda dan membuat arus anoda menjadi nol. Ini disebut sebagai "Critical magnetic field"$ (B_c) $, yang merupakan medan magnet cut-off. Lihat gambar berikut untuk pemahaman yang lebih baik.
Case 4
Jika medan magnet dibuat lebih besar dari medan kritis,
$$ B> B_c $$
Kemudian elektron mengikuti jalur sebagai elektron d, di mana elektron melompat kembali ke katoda, tanpa pergi ke anoda. Ini menyebabkan "back heating"dari katoda. Lihat gambar berikut.
Ini dicapai dengan memutus suplai listrik setelah osilasi dimulai. Jika ini dilanjutkan, efisiensi emisi katoda akan terpengaruh.
Pengoperasian Cavity Magnetron dengan Active RF Field
Kami telah membahas sejauh ini operasi rongga magnetron di mana medan RF tidak ada di rongga magnetron (kasus statis). Sekarang mari kita bahas operasinya ketika kita memiliki medan RF aktif.
Seperti di TWT, mari kita asumsikan bahwa ada osilasi RF awal, karena beberapa transien kebisingan. Osilasi ditopang oleh pengoperasian perangkat. Ada tiga jenis elektron yang dipancarkan dalam proses ini, yang tindakannya dipahami sebagai elektrona, b dan c, dalam tiga kasus berbeda.
Case 1
Ketika ada osilasi, sebuah elektron a, Memperlambat pemindahan energi untuk berosilasi. Elektron yang mentransfer energinya ke osilasi disebut sebagaifavored electrons. Elektron inilah yang bertanggung jawabbunching effect.
Case 2
Dalam hal ini, elektron lain, katakanlah b, mengambil energi dari osilasi dan meningkatkan kecepatannya. Saat dan saat ini dilakukan,
- Ini membungkuk lebih tajam.
- Ini menghabiskan sedikit waktu dalam ruang interaksi.
- Ia kembali ke katoda.
Elektron ini disebut sebagai unfavored electrons. Mereka tidak berpartisipasi dalam efek pengelompokan. Juga, elektron-elektron ini berbahaya karena menyebabkan "pemanasan kembali".
Case 3
Dalam hal ini, electron c, yang dipancarkan sedikit kemudian, bergerak lebih cepat. Ia mencoba mengejar elektrona. Elektron yang dipancarkan berikutnyad, mencoba melangkah dengan a. Akibatnya, elektron disukaia, c dan dmembentuk tandan elektron atau awan elektron. Ini disebut sebagai "Efek pemfokusan fase".
Keseluruhan proses ini dipahami dengan lebih baik dengan melihat gambar berikut.
Gambar A menunjukkan pergerakan elektron dalam berbagai kasus, sedangkan gambar B menunjukkan awan elektron yang terbentuk. Awan elektron ini terjadi saat perangkat sedang beroperasi. Muatan yang ada di permukaan internal segmen anoda ini, mengikuti osilasi di rongga. Ini menciptakan medan listrik yang berputar searah jarum jam, yang sebenarnya dapat dilihat saat melakukan percobaan praktis.
Sementara medan listrik berputar, garis fluks magnet dibentuk sejajar dengan katoda, di bawah efek gabungannya, tandan elektron dibentuk dengan empat jari, diarahkan secara berkala, ke segmen anoda positif terdekat, dalam lintasan spiral.
Diantara alat ukur Microwave tersebut, setup Microwave bench yang terdiri dari alat Microwave memiliki tempat yang menonjol. Seluruh pengaturan ini, dengan sedikit pergantian, mampu mengukur banyak nilai seperti panjang gelombang pemandu, panjang gelombang ruang bebas, panjang gelombang cut-off, impedansi, frekuensi, VSWR, karakteristik Klystron, karakteristik dioda Gunn, pengukuran daya, dll.
Output yang dihasilkan oleh gelombang mikro, dalam menentukan daya umumnya memiliki nilai yang kecil. Mereka bervariasi dengan posisi di saluran transmisi. Harus ada peralatan untuk mengukur daya Microwave, yang umumnya merupakan setup bench Microwave.
Pengaturan Pengukuran Umum Microwave Bench
Pengaturan ini adalah kombinasi dari berbagai bagian yang dapat diamati secara detail. Gambar berikut menjelaskan penyiapan dengan jelas.
Generator Sinyal
Sesuai dengan namanya, ini menghasilkan sinyal gelombang mikro, di urutan beberapa miliwatt. Ini menggunakan teknik modulasi kecepatan untuk mentransfer berkas gelombang kontinyu menjadi kekuatan miliwatt.
Osilator dioda Gunn atau tabung Reflex Klystron dapat menjadi contoh untuk generator sinyal gelombang mikro ini.
Peredam Presisi
Ini adalah peredam yang memilih frekuensi yang diinginkan dan membatasi keluaran sekitar 0 hingga 50db. Ini bervariasi dan dapat disesuaikan dengan kebutuhan.
Variabel Attenuator
Atenuasi ini menetapkan jumlah atenuasi. Ini dapat dipahami sebagai penyesuaian nilai yang baik, di mana pembacaan diperiksa terhadap nilai-nilai Peredam Presisi.
Isolator
Ini menghilangkan sinyal yang tidak diperlukan untuk mencapai dudukan detektor. Isolator memungkinkan sinyal melewati pandu gelombang hanya dalam satu arah.
Pengukur Frekuensi
Ini adalah perangkat yang mengukur frekuensi sinyal. Dengan pengukur frekuensi ini, sinyal dapat disesuaikan dengan frekuensi resonansinya. Ini juga memberikan ketentuan untuk memasangkan sinyal ke pandu gelombang.
Detektor Kristal
Probe detektor kristal dan dudukan detektor kristal ditunjukkan pada gambar di atas, di mana detektor dihubungkan melalui probe ke dudukan. Ini digunakan untuk mendemodulasi sinyal.
Indikator Gelombang Berdiri
Voltmeter gelombang berdiri memberikan pembacaan rasio gelombang berdiri dalam dB. Pandu gelombang ditempatkan oleh beberapa celah untuk menyesuaikan siklus clock sinyal. Sinyal yang dikirimkan oleh pandu gelombang diteruskan melalui kabel BNC ke VSWR atau CRO untuk mengukur karakteristiknya.
Bangku microwave yang diatur dalam aplikasi waktu nyata akan terlihat sebagai berikut -
Sekarang, mari kita lihat bagian penting dari meja microwave ini, garis berlubang.
Garis Slotted
Dalam saluran transmisi gelombang mikro atau pandu gelombang, medan elektromagnetik dianggap sebagai jumlah gelombang datang dari generator dan gelombang yang dipantulkan ke generator. Refleksi menunjukkan ketidakcocokan atau diskontinuitas. Besarnya dan fase dari gelombang yang dipantulkan tergantung pada amplitudo dan fase dari impedansi pemantulan.
Gelombang berdiri yang diperoleh diukur untuk mengetahui ketidaksempurnaan saluran transmisi yang diperlukan untuk memiliki pengetahuan tentang ketidakcocokan impedansi untuk transmisi yang efektif. Garis berlubang ini membantu mengukur rasio gelombang berdiri perangkat gelombang mikro.
Konstruksi
Garis slotted terdiri dari bagian slotted dari jalur transmisi, di mana pengukuran harus dilakukan. Ini memiliki kereta probe perjalanan, untuk membiarkan probe terhubung dimanapun diperlukan, dan fasilitas untuk memasang dan mendeteksi instrumen.
Dalam pandu gelombang, sebuah celah dibuat di tengah sisi lebar, secara aksial. Sebuah probe bergerak yang terhubung ke detektor kristal dimasukkan ke dalam slot pandu gelombang.
Operasi
Keluaran detektor kristal sebanding dengan kuadrat tegangan masukan yang diterapkan. Probe bergerak memungkinkan pengukuran yang nyaman dan akurat pada posisinya. Tapi, saat probe digerakkan, outputnya sebanding dengan pola gelombang berdiri, yang terbentuk di dalam pandu gelombang. Atenuasi variabel digunakan di sini untuk mendapatkan hasil yang akurat.
VSWR keluaran dapat diperoleh dengan
$$ VSWR = \ sqrt {\ frac {V_ {max}} {V_ {min}}} $$
Di mana, $ V $ adalah tegangan keluaran.
Gambar berikut menunjukkan bagian berbeda dari garis berlabel slot.
Bagian yang diberi label pada gambar di atas menunjukkan hal berikut.
- Peluncur - Mengundang sinyal.
- Bagian yang lebih kecil dari pandu gelombang.
- Isolator - Mencegah refleksi ke sumber.
- Peredam variabel putar - Untuk penyetelan halus.
- Bagian berlubang - Untuk mengukur sinyal.
- Penyesuaian kedalaman probe.
- Penyesuaian tuning - Untuk mendapatkan akurasi.
- Detektor kristal - Mendeteksi sinyal.
- Beban yang sesuai - Menyerap daya yang keluar.
- Sirkuit pendek - Ketentuan untuk diganti dengan beban.
- Kenop putar - Untuk menyesuaikan saat mengukur.
- Vernier gauge - Untuk hasil yang akurat.
Untuk mendapatkan sinyal termodulasi frekuensi rendah pada osiloskop, garis slotted dengan detektor merdu digunakan. Kereta garis berlubang dengan detektor merdu dapat digunakan untuk mengukur hal berikut.
- VSWR (Rasio Gelombang Berdiri Tegangan)
- Pola gelombang berdiri
- Impedance
- Koefisien refleksi
- Mengembalikan kerugian
- Frekuensi generator digunakan
Detektor merdu
Detektor merdu adalah dudukan detektor yang digunakan untuk mendeteksi sinyal gelombang mikro termodulasi gelombang persegi frekuensi rendah. Gambar berikut memberikan gambaran tentang dudukan detektor yang dapat disetel.
Gambar berikut mewakili aplikasi praktis perangkat ini. Itu diakhiri di ujung dan memiliki bukaan di ujung lainnya seperti yang di atas.
Untuk memberikan kecocokan antara sistem transmisi gelombang mikro dan dudukan detektor, rintisan merdu sering digunakan. Ada tiga jenis rintisan merdu.
- Detektor pandu gelombang merdu
- Detektor koaksial merdu
- Detektor probe merdu
Juga, ada rintisan tetap seperti -
- Memperbaiki probe pita lebar yang disetel
- Dudukan detektor yang cocok dengan pemandu gelombang telah diperbaiki
Mount detektor adalah tahap terakhir di bangku Microwave yang diakhiri di ujung.
Dalam bidang rekayasa gelombang mikro, terdapat banyak penerapan, sebagaimana telah dikemukakan pada bab pertama. Oleh karena itu, saat menggunakan aplikasi yang berbeda, kami sering menemukan kebutuhan untuk mengukur nilai yang berbeda seperti Daya, Atenuasi, Pergeseran fasa, VSWR, Impedansi, dll. Untuk penggunaan yang efektif.
Dalam bab ini, mari kita lihat teknik pengukuran yang berbeda.
Pengukuran Daya
Daya Gelombang Mikro yang diukur adalah daya rata-rata di setiap posisi di pandu gelombang. Pengukuran daya dapat terdiri dari tiga jenis.
-
Pengukuran daya rendah (0,01mW hingga 10mW)
Contoh - Teknik bolometrik
-
Pengukuran daya Sedang (10mW hingga 1W)
Contoh - Teknik kalorimeter
-
Pengukuran Daya Tinggi (> 10W)
Contoh - Kalorimeter Watt meter
Mari kita bahas secara detail.
Pengukuran Daya Rendah
Pengukuran daya gelombang mikro sekitar 0,01mW hingga 10mW, dapat dipahami sebagai pengukuran daya rendah.
Bolometeradalah perangkat yang digunakan untuk pengukuran daya Microwave rendah. Elemen yang digunakan dalam bolometer dapat berupa koefisien suhu positif atau negatif. Misalnya, barrater memiliki koefisien suhu positif yang resistansinya meningkat seiring dengan kenaikan suhu. Termistor memiliki koefisien temperatur negatif yang resistansinya menurun seiring dengan kenaikan temperatur.
Semua dapat digunakan di bolometer, tetapi perubahan resistansi sebanding dengan daya gelombang mikro yang digunakan untuk pengukuran. Bolometer ini digunakan di jembatan lengan sebagai satu sehingga setiap ketidakseimbangan yang disebabkan, mempengaruhi keluaran. Contoh tipikal rangkaian jembatan yang menggunakan bolometer adalah seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut.
Miliammeter di sini, memberikan nilai arus yang mengalir. Baterai bersifat variabel, yang divariasikan untuk mendapatkan keseimbangan, bila ketidakseimbangan disebabkan oleh perilaku bolometer. Penyesuaian yang dilakukan pada tegangan baterai DC ini sebanding dengan daya Microwave. Kapasitas penanganan daya sirkuit ini terbatas.
Pengukuran Daya Sedang
Pengukuran daya gelombang mikro sekitar 10mW hingga 1W, dapat dipahami sebagai pengukuran daya sedang.
Beban khusus digunakan, yang biasanya mempertahankan nilai panas spesifik tertentu. Daya yang akan diukur, diterapkan pada masukannya yang secara proporsional mengubah suhu keluaran dari beban yang sudah dipertahankannya. Perbedaan kenaikan suhu, menentukan daya gelombang mikro input ke beban.
Teknik keseimbangan jembatan digunakan di sini untuk mendapatkan hasil. Metode perpindahan panas digunakan untuk pengukuran daya yang merupakan teknik Kalorimetrik.
Pengukuran Daya Tinggi
Pengukuran daya gelombang mikro sekitar 10W hingga 50KW, dapat dipahami sebagai pengukuran daya tinggi.
Daya Gelombang Mikro Tinggi biasanya diukur dengan meteran watt Kalorimetrik, yang dapat berupa tipe kering dan aliran. Tipe kering dinamai demikian karena menggunakan kabel koaksial yang diisi dengan di-elektrik dengan kehilangan histeresis tinggi, sedangkan tipe aliran dinamai demikian karena menggunakan air atau minyak atau cairan yang merupakan penyerap gelombang mikro yang baik.
Perubahan suhu cairan sebelum dan sesudah memasukkan beban, diambil untuk kalibrasi nilai. Batasan dalam metode ini seperti penentuan aliran, kalibrasi dan inersia termal, dll.
Pengukuran Atenuasi
Dalam praktiknya, komponen dan perangkat gelombang mikro sering kali memberikan atenuasi. Jumlah atenuasi yang ditawarkan dapat diukur dengan dua cara. Mereka adalah - Metode rasio daya dan metode substitusi RF.
Atenuasi adalah rasio daya input ke daya output dan biasanya dinyatakan dalam desibel.
$$ Atenuasi \: dalam \: dBs = 10 \: log \ frac {P_ {masuk}} {P_ {keluar}} $$
Dimana $ P_ {in} $ = Daya input dan $ P_ {out} $ = Daya keluaran
Metode Rasio Daya
Dalam metode ini, pengukuran atenuasi dilakukan dalam dua tahap.
Step 1 - Daya input dan output dari seluruh meja Microwave dilakukan tanpa perangkat yang atenuasinya harus dihitung.
Step 2 - Daya input dan output dari seluruh meja Microwave dilakukan dengan perangkat yang atenuasinya harus dihitung.
Rasio kekuatan ini jika dibandingkan, memberikan nilai atenuasi.
Gambar berikut adalah dua konfigurasi yang menjelaskan hal ini.
Drawback - Daya dan pengukuran atenuasi mungkin tidak akurat, ketika daya input rendah dan atenuasi jaringan besar.
Metode Substitusi RF
Dalam metode ini, pengukuran atenuasi dilakukan dalam tiga tahap.
Step 1 - Daya keluaran dari seluruh meja Microwave diukur dengan jaringan yang atenuasinya harus dihitung.
Step 2 - Daya keluaran dari seluruh meja Microwave diukur dengan mengganti jaringan dengan attenuator terkalibrasi presisi.
Step 3 - Sekarang, peredam ini disesuaikan untuk mendapatkan daya yang sama seperti yang diukur dengan jaringan.
Gambar berikut adalah dua konfigurasi yang menjelaskan hal ini.
Nilai yang disesuaikan pada atenuasi memberikan atenuasi jaringan secara langsung. Kelemahan dalam metode di atas dihindari di sini dan karenanya ini adalah prosedur yang lebih baik untuk mengukur atenuasi.
Pengukuran Pergeseran Fase
Dalam kondisi kerja praktis, mungkin terjadi perubahan fasa pada sinyal dari sinyal sebenarnya. Untuk mengukur pergeseran fasa tersebut, kami menggunakan teknik perbandingan, yang dengannya kami dapat mengkalibrasi pergeseran fasa.
Setup untuk menghitung pergeseran fasa ditunjukkan pada gambar berikut.
Di sini, setelah sumber gelombang mikro menghasilkan sinyal, sinyal tersebut dilewatkan melalui sambungan Tee bidang-H dari mana satu port dihubungkan ke jaringan yang pergeseran fasa akan diukur dan port lainnya dihubungkan ke pemindah fase presisi yang dapat disesuaikan.
Output yang didemodulasi adalah gelombang sinus 1 KHz, yang diamati di CRO terhubung. Pengalih fase ini diatur sedemikian rupa sehingga output gelombang sinus 1 KHz juga sesuai dengan yang di atas. Setelah pencocokan dilakukan dengan mengamati dalam mode ganda CRO, shifter fase presisi ini memberi kita pembacaan pergeseran fasa. Ini jelas dipahami oleh gambar berikut.
Prosedur ini adalah yang paling banyak digunakan dalam pengukuran pergeseran fasa. Sekarang, mari kita lihat bagaimana menghitung VSWR.
Pengukuran VSWR
Dalam aplikasi praktis Microwave, segala jenis ketidaksesuaian impedansi menyebabkan pembentukan gelombang berdiri. Kekuatan gelombang berdiri ini diukur dengan Rasio Gelombang Berdiri Tegangan ($ VSWR $). Rasio tegangan maksimum ke minimum memberikan $ VSWR $, yang dilambangkan dengan $ S $.
$$ S = \ frac {V_ {max}} {V_ {min}} = \ frac {1+ \ rho} {1- \ rho} $$
Dimana, $ \ rho = refleksi \: co - efisien = \ frac {P_ {tercermin}} {P_ {insiden}} $
Pengukuran $ VSWR $ dapat dilakukan dengan dua cara yaitu pengukuran $ VSWR $ Rendah dan Tinggi $ VSWR $.
Pengukuran VSWR Rendah (S <10)
Pengukuran low $ VSWR $ dapat dilakukan dengan mengatur attenuator untuk mendapatkan pembacaan pada DC millivoltmeter yaitu VSWR meter. Pembacaan dapat dilakukan dengan menyesuaikan garis slotted dan attenuator sedemikian rupa sehingga DC millivoltmeter menunjukkan pembacaan skala penuh serta pembacaan minimum.
Sekarang kedua pembacaan ini dihitung untuk mengetahui $ VSWR $ jaringan.
Pengukuran VSWR Tinggi (S> 10)
Pengukuran tinggi $ VSWR $ yang nilainya lebih besar dari 10 dapat diukur dengan metode yang disebut double minimum method. Dalam metode ini, pembacaan pada nilai minimum diambil, dan pembacaan pada titik setengah dari nilai minimum pada puncak sebelum dan puncak juga diambil. Hal tersebut dapat dipahami dengan gambar berikut.
Sekarang, $ VSWR $ dapat dihitung dengan relasi, diberikan sebagai -
$$ VSWR = \ frac {\ lambda_ {g}} {\ pi (d_2-d_1)} $$
Di mana, $ \ lambda_g \: is \: the \: guided \: wavelength $
$$ \ lambda_g = \ frac {\ lambda_0} {\ sqrt {1 - (\ frac {\ lambda_0} {\ lambda_c}) ^ 2}} \ quad di mana \: \ lambda_0 \: = {c} / {f} $$
Karena dua titik minimum sedang dipertimbangkan di sini, ini disebut sebagai metode minimum ganda. Sekarang, mari kita pelajari tentang pengukuran impedansi.
Pengukuran Impedansi
Selain Magic Tee, kami memiliki dua metode berbeda, satu menggunakan garis slotted dan yang lainnya menggunakan reflectometer.
Impedansi Menggunakan Garis Slotted
Dalam metode ini, impedansi diukur menggunakan slotted line dan memuat $ Z_L $ dan dengan menggunakan ini, $ V_ {max} $ dan $ V_ {min} $ dapat ditentukan. Dalam metode ini, pengukuran impedansi dilakukan dalam dua tahap.
Step 1 - Menentukan Vmin menggunakan load $ Z_L $.
Step 2 - Menentukan Vmin dengan melakukan hubungan arus pendek pada beban.
Ini ditunjukkan pada gambar berikut.
Ketika kami mencoba untuk mendapatkan nilai $ V_ {max} $ dan $ V_ {min} $ menggunakan beban, kami mendapatkan nilai tertentu. Namun, jika hal yang sama dilakukan dengan melakukan hubungan arus pendek pada beban, beban minimum akan bergeser, baik ke kanan atau ke kiri. Jika pergeseran ini ke kiri berarti beban induktif dan jika pergeseran ke kanan berarti beban bersifat kapasitif. Gambar berikut menjelaskan hal ini.
Dengan merekam data, impedansi yang tidak diketahui dihitung. Koefisien impedansi dan refleksi $ \ rho $ dapat diperoleh baik dalam besaran maupun fasa.
Impedansi Menggunakan Reflektometer
Tidak seperti garis slotted, Reflectometer membantu menemukan hanya besarnya impedansi dan bukan sudut fasa. Dalam metode ini, diambil dua penggandeng arah yang identik tetapi berbeda arahnya.
Kedua skrup ini digunakan dalam pengambilan sampel daya insiden $ P_i $ dan daya pantulan $ P_r $ dari beban. Reflektometer terhubung seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut. Ini digunakan untuk mendapatkan besarnya koefisien refleksi $ \ rho $, dari mana impedansi dapat diperoleh.
Dari pembacaan reflektometer, kami punya
$$ \ rho = \ sqrt {\ frac {P_r} {P_i}} $$
Dari nilai $ \ rho $, $ VSWR $, yaitu $ S $ dan impedansinya dapat dihitung dengan
$$ S = \ frac {1+ \ rho} {1- \ rho} \ quad dan \ quad \ frac {z-z_g} {z + z_g} = \ rho $$
Dimana, $ z_g $ dikenal sebagai impedansi gelombang dan $ z $ adalah impedansi yang tidak diketahui.
Meskipun parameter gelombang maju dan mundur diamati di sini, tidak akan ada gangguan karena sifat arah dari skrup. Atenuasi membantu menjaga daya input rendah.
Pengukuran Q Resonator Rongga
Meskipun ada tiga metode seperti metode transmisi, metode impedansi, dan metode peluruhan transien atau penurunan untuk pengukuran Q dari resonator rongga, metode termudah dan paling banyak diikuti adalah Transmission Method. Oleh karena itu, mari kita lihat pengaturan pengukurannya.
Dalam metode ini, resonator rongga bertindak sebagai perangkat yang mentransmisikan. Sinyal keluaran diplot sebagai fungsi frekuensi yang menghasilkan kurva resonansi seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut.
Dari pengaturan di atas, frekuensi sinyal dari sumber gelombang mikro bervariasi, dengan menjaga level sinyal konstan dan kemudian daya keluaran diukur. Resonator rongga disetel ke frekuensi ini, dan level sinyal serta daya keluaran kembali dicatat untuk melihat perbedaannya.
Ketika output diplot, kurva resonansi diperoleh, dari mana kita dapat melihat nilai Half Power Bandwidth (HPBW) $ (2 \ Delta) $.
$$ 2 \ Delta = \ pm \ frac {1} {Q_L} $$
Dimana, $ Q_L $ adalah nilai yang dimuat
$$ atau \ quad Q_L = \ pm \ frac {1} {2 \ Delta} = \ pm \ frac {w} {2 (w-w_0)} $$
Jika kopling antara sumber gelombang mikro dan rongga, serta kopling antara detektor dan rongga diabaikan, maka
$$ Q_L = Q_0 \: (diturunkan \: Q) $$
Kekurangan
Kelemahan utama dari sistem ini adalah, keakuratannya agak buruk dalam sistem Q yang sangat tinggi karena pita operasi yang sempit.
Kami telah membahas banyak jenis teknik pengukuran parameter yang berbeda. Sekarang, mari kita coba memecahkan beberapa contoh soal tentang ini.
Dalam bab ini, mari kita bersenang-senang dengan memecahkan beberapa masalah numerik yang terkait dengan gelombang mikro.
Masalah 1
Sistem transmisi yang menggunakan pemandu gelombang mode $ TE_ {10} $ dengan dimensi $ a = 5cm, b = 3cm $ beroperasi pada 10GHz. Jarak yang diukur antara dua titik daya minimum adalah1mm on a slotted line. Calculate the VSWR of the system.
Larutan
Mengingat bahwa $ f = 10GHz; a = 5cm; b = 3cm $
Untuk $ TE_ {10} $ mode Waveguide,
$$ \ lambda_c = 2a = 2 \ times 5 = 10 cm $$
$$ \ lambda_0 = \ frac {c} {f} = \ frac {3 \ times10 ^ {10}} {10 \ times10 ^ 9} = 3cm $$
$$ d_2-d_1 = 1mm = 10 ^ {- 1} cm $$
Kita tahu
$$ \ lambda_g = \ frac {\ lambda_0} {1 - ({\ lambda_0} / {\ lambda_c}) ^ 2} = \ frac {3} {\ sqrt {1 - ({3} / {10}) ^ 2}} = 3,144cm $$
Untuk metode minimum ganda, VSWR diberikan oleh
$$ VSWR = \ frac {\ lambda_g} {\ pi (d_2-d_1)} = \ frac {3,144} {\ pi (1 \ times10 ^ {- 1})} = 10,003 = 10 $$
Oleh karena itu, nilai VSWR untuk sistem transmisi yang diberikan adalah 10.
Masalah 2
Dalam pengaturan untuk mengukur impedansi reflektometer, berapa koefisien refleksi bila keluaran dari dua skrup adalah 2mw dan 0.5mw masing-masing?
Larutan
Mengingat bahwa
$$ \ frac {P_i} {100} = 2mw \ quad dan \ quad \ frac {P_r} {100} = 0,5mw $$
$$ P_i = 2 \ times 100mw = 200mw $$
$$ P_r = 0,5 \ dikali 100mw = 50mw $$
$$ \ rho = \ sqrt {\ frac {P_r} {P_i}} = \ sqrt {\ frac {50mw} {200mw}} = \ sqrt {0,25} = 0,5 $$
Karenanya, koefisien refleksi $ \ rho $ dari pengaturan yang diberikan adalah 0,5.
Masalah 3
Ketika dua skrup identik digunakan dalam pandu gelombang untuk mengambil sampel daya insiden sebagai 3mw dan daya pantulan sebagai 0.25mw, lalu cari nilai $ VSWR $.
Larutan
Kami tahu itu
$$ \ rho = \ sqrt {\ frac {P_r} {P_i}} = \ sqrt {\ frac {0,25} {3}} = \ sqrt {0,0833} = 0,288 $$
$$ VSWR = S = \ frac {1+ \ rho} {1- \ rho} = \ frac {1 + 0,288} {1-0,288} = \ frac {1,288} {0,712} = 1,80 $$
Oleh karena itu, nilai $ VSWR $ untuk sistem di atas adalah 1,80
Masalah 4
Dua identik 30dBpenggandeng arah digunakan untuk mengambil sampel insiden dan daya pantulan dalam pandu gelombang. Nilai VSWR adalah6 dan output dari daya insiden sampling coupler adalah 5mw. Berapa nilai daya yang dipantulkan?
Larutan
Kami tahu itu
$$ VSWR = S = \ frac {1+ \ rho} {1- \ rho} = 6 $$
$$ (1+ \ rho) = 6 (1- \ rho) = 6 - 6 \ rho $$
$$ 7 \ rho = 5 $$
$$ \ rho = \ frac {5} {7} = 0,174 $$
Untuk mendapatkan nilai daya yang dipantulkan, kita punya
$$ \ rho = \ sqrt {\ frac {{P_r} / {10 ^ 3}} {{P_i} / {10 ^ 3}}} = \ sqrt {\ frac {P_r} {P_i}} $$
$$ atau \ quad \ rho ^ 2 = \ frac {P_r} {P_i} $$
$$ P_r = \ rho ^ 2.P_i = (0.714) ^ 2.5 = 0.510 \ kali 5 = 2.55 $$
Oleh karena itu, daya yang dipantulkan dalam pandu gelombang ini adalah 2.55mW.