Rekayasa Gelombang Mikro - Waveguides

Umumnya, jika frekuensi sinyal atau pita sinyal tertentu tinggi, pemanfaatan bandwidth tinggi karena sinyal menyediakan lebih banyak ruang bagi 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 dalam tabung disebut sebagai Waveguide.

Gambar berikut menunjukkan contoh pandu gelombang.

Pandu gelombang umumnya lebih disukai dalam komunikasi gelombang mikro. Waveguide adalah salah satu bentuk saluran transmisi khusus, 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 laju 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. Ini dapat dipahami sebagai kecepatan perjalanan amplop termodulasi dibandingkan dengan pembawa 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.