Inżynieria mikrofalowa - urządzenia mikrofalowe
Podobnie jak inne systemy, systemy mikrofalowe składają się z wielu komponentów mikrofalowych, głównie ze źródłem na jednym końcu i obciążeniem na drugim, które są połączone za pomocą falowodów lub kabli koncentrycznych lub systemów linii transmisyjnych.
Poniżej przedstawiono właściwości falowodów.
- Wysoki SNR
- Niskie tłumienie
- Mniejsza strata wtrąceniowa
Funkcje mikrofalowe falowodu
Rozważmy falowód z 4 portami. Jeśli moc jest podłączona do jednego portu, przechodzi przez wszystkie 3 porty w pewnych proporcjach, gdzie część może odbijać się z powrotem z tego samego portu. Ta koncepcja jest wyraźnie przedstawiona na poniższym rysunku.
![](https://post.nghiatu.com/assets/tutorial/microwave_engineering/images/waveguide_microwave_junction.jpg)
Parametry rozpraszania
W przypadku sieci z dwoma portami, jak pokazano na poniższym rysunku, jeśli zasilanie jest podawane na jednym porcie, jak właśnie omówiliśmy, większość mocy wychodzi z drugiego portu, podczas gdy część z niego odbija się z powrotem do tego samego portu. Na poniższym rysunku, jeśliV1 lub V2 jest więc stosowana I1 lub I2 przepływ prądu odpowiednio.
![](https://post.nghiatu.com/assets/tutorial/microwave_engineering/images/two_port_network.jpg)
Jeśli źródło jest podłączone do przeciwległego portu, należy wziąć pod uwagę dwie inne kombinacje. Tak więc w przypadku sieci z dwoma portami prawdopodobnie wystąpią kombinacje 2 × 2 = 4.
Fale bieżące z powiązanymi mocami, gdy rozpraszają się przez porty, złącze mikrofalowe można zdefiniować za pomocą parametrów S lub Scattering Parameters, które są reprezentowane w postaci macierzy, zwanej „Scattering Matrix”.
Macierz rozpraszania
Jest to macierz kwadratowa, która podaje wszystkie kombinacje zależności mocy między różnymi portami wejściowymi i wyjściowymi złącza mikrofalowego. Elementy tej macierzy to tzw"Scattering Coefficients" lub "Scattering (S) Parameters".
Rozważ poniższy rysunek.
![](https://post.nghiatu.com/assets/tutorial/microwave_engineering/images/scattering_matrix.jpg)
Tutaj źródło jest połączone linią $ i ^ {th} $, podczas gdy $ a_1 $ to fala incydentalna, a $ b_1 $ to fala odbita.
Jeśli podana jest relacja między $ b_1 $ a $ a_1 $,
$$ b_1 = (odbicie \: \: współczynnik) a_1 = S_ {1i} a_1 $$
Gdzie
$ S_ {1i} $ = współczynnik odbicia $ 1 ^ {st} $ line (gdzie $ i $ to port wejściowy, a $ 1 $ to port wyjściowy)
$ 1 $ = Odbicie od $ 1 ^ {st} $ linii
$ i $ = Źródło podłączone do linii $ i ^ {th} $
Jeśli impedancja pasuje, moc jest przenoszona do obciążenia. Mało prawdopodobne, jeśli impedancja obciążenia nie pasuje do impedancji charakterystycznej. Wtedy następuje odbicie. Oznacza to, że odbicie występuje, jeśli
$$ Z_l \ neq Z_o $$
Jeśli jednak ta niezgodność występuje dla więcej niż jednego portu, na przykład $ 'n' $ portów, to $ i = 1 $ do $ n $ (ponieważ $ i $ może być dowolną linią od $ 1 $ do $ n $).
Dlatego mamy
$$ b_1 = S_ {11} a_1 + S_ {12} a_2 + S_ {13} a_3 + ............... + S_ {1n} a_n $$
$$ b_2 = S_ {21} a_1 + S_ {22} a_2 + S_ {23} a_3 + ............... + S_ {2n} a_n $$
$$. $$
$$. $$
$$. $$
$$. $$
$$. $$
$$ b_n = S_ {n1} a_1 + S_ {n2} a_2 + S_ {n3} a_3 + ............... + S_ {nn} a_n $$
Kiedy to wszystko jest utrzymywane w formie matrycy,
$$ \ begin {bmatrix} b_1 \\ b_2 \\ b_3 \\. \\. \\. \\ b_n \ end {bmatrix} = \ begin {bmatrix} S_ {11} & S_ {12} i S_ {13 } & ... & S_ {1n} \\ S_ {21} & S_ {22} & S_ {23} & ... & S_ {2n} \\. &. &. & ... &. \\. &. &. & ... &. \\. &. &. & ... &. \\ S_ {n1} & S_ {n2} & S_ {n3} & ... & S_ {nn} \\ \ end {bmatrix} \ times \ begin {bmatrix} a_1 \\ a_2 \\ a_3 \\. \ \. \\. \\ a_n \ end {bmatrix} $$
Column matrix $ [b] $ Scattering matrix $ [S] $Matrix $ [a] $
Macierz kolumnowa $ \ left [b \ right] $ odpowiada falom odbitym lub wyjściu, podczas gdy macierz $ \ left [a \ right] $ odpowiada falom padającym lub wejściu. Macierz kolumn rozpraszania $ \ left [s \ right] $, która jest rzędu $ n \ razy n $, zawiera współczynniki odbicia i współczynniki transmisji. W związku z tym,
$$ \ left [b \ right] = \ left [S \ right] \ left [a \ right] $$
Właściwości macierzy [S]
Macierz rozpraszania jest oznaczona jako macierz $ [S] $. Istnieje kilka standardowych właściwości macierzy $ [S] $. Oni są -
-
$ [S] $ jest zawsze kwadratową macierzą porządku (nxn)
$ [S] _ {n \ razy n} $
-
$ [S] $ jest macierzą symetryczną
tj. $ S_ {ij} = S_ {ji} $
-
$ [S] $ jest jednostkową macierzą
tj. $ [S] [S] ^ * = I $
Suma iloczynów każdego wyrażenia w dowolnym wierszu lub kolumnie pomnożona przez sprzężenie zespolone odpowiednich terminów z dowolnego innego wiersza lub kolumny wynosi zero. to znaczy,
$$ \ sum_ {i = j} ^ {n} S_ {ik} S_ {ik} ^ {*} = 0 \: for \: k \ neq j $$
$$ (k = 1,2,3, ... \: n) \: i \: (j = 1,2,3, ... \: n) $$
-
Jeśli odległość elektryczna między jakimś $ k ^ {th} $ portem a skrzyżowaniem wynosi $ \ beta _kI_k $, to współczynniki $ S_ {ij} $ obejmujące $ k $ zostaną pomnożone przez współczynnik $ e ^ {- j \ beta kIk} $
W następnych kilku rozdziałach przyjrzymy się różnym typom połączeń tee mikrofalowych.