วิศวกรรมไมโครเวฟ - อุปกรณ์ไมโครเวฟ

เช่นเดียวกับระบบอื่น ๆ ระบบไมโครเวฟประกอบด้วยส่วนประกอบไมโครเวฟจำนวนมากโดยส่วนใหญ่มีแหล่งกำเนิดที่ปลายด้านหนึ่งและโหลดที่อีกด้านหนึ่งซึ่งทั้งหมดเชื่อมต่อกับท่อนำคลื่นหรือสายโคแอกเชียลหรือระบบสายส่ง

ต่อไปนี้เป็นคุณสมบัติของท่อนำคลื่น

• SNR สูง
• การลดทอนต่ำ
• ลดการสูญเสียการแทรก

ฟังก์ชั่น Waveguide ไมโครเวฟ

พิจารณาท่อนำคลื่นที่มี 4 พอร์ต หากใช้พลังงานกับพอร์ตหนึ่งพอร์ตจะผ่านพอร์ตทั้ง 3 พอร์ตในสัดส่วนที่บางพอร์ตอาจสะท้อนกลับจากพอร์ตเดียวกัน แนวคิดนี้แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนในรูปต่อไปนี้

พารามิเตอร์การกระจาย

สำหรับเครือข่ายสองพอร์ตดังที่แสดงในรูปต่อไปนี้หากมีการใช้พลังงานที่พอร์ตหนึ่งตามที่เราเพิ่งกล่าวไปพลังงานส่วนใหญ่จะหลบหนีจากพอร์ตอื่นในขณะที่บางส่วนสะท้อนกลับไปยังพอร์ตเดียวกัน ในรูปต่อไปนี้ถ้าV₁ หรือ V₂ ถูกนำไปใช้แล้ว I₁ หรือ I₂ กระแสตามลำดับ

หากแหล่งที่มาถูกนำไปใช้กับพอร์ตตรงข้ามจะต้องพิจารณาชุดค่าผสมอีกสองชุด ดังนั้นสำหรับเครือข่ายสองพอร์ตจึงมีแนวโน้มที่จะเกิดชุดค่าผสม 2 × 2 = 4

คลื่นเดินทางที่มีอำนาจเกี่ยวข้องเมื่อกระจายออกไปตามพอร์ตทางแยกไมโครเวฟสามารถกำหนดได้โดย S-Parameters หรือ Scattering Parametersซึ่งแสดงในรูปแบบเมทริกซ์เรียกว่า "Scattering Matrix".

เมทริกซ์การกระจาย

มันเป็นเมทริกซ์สี่เหลี่ยมซึ่งให้การรวมกันของความสัมพันธ์ทางอำนาจระหว่างพอร์ตอินพุตและเอาต์พุตต่างๆของทางแยกไมโครเวฟ องค์ประกอบของเมทริกซ์นี้เรียกว่า"Scattering Coefficients" หรือ "Scattering (S) Parameters".

พิจารณารูปต่อไปนี้

ที่นี่แหล่งที่มาเชื่อมต่อผ่าน $ i ^ {th} $ line ในขณะที่ $ a_1 $ เป็นคลื่นที่เกิดขึ้นและ $ b_1 $ เป็นคลื่นสะท้อน

หากกำหนดความสัมพันธ์ระหว่าง $ b_1 $ ถึง $ a_1 $

$$ b_1 = (การสะท้อน \: \: สัมประสิทธิ์) a_1 = S_ {1i} a_1 $$

ที่ไหน

• $ S_ {1i} $ = ค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนของ $ 1 ^ {st} $ line (โดยที่ $ i $ เป็นพอร์ตอินพุตและ $ 1 $ คือพอร์ตเอาต์พุต)

• $ 1 $ = การสะท้อนจาก $ 1 ^ {st} $ line

• $ i $ = Source เชื่อมต่อที่ $ i ^ {th} $ line

หากอิมพีแดนซ์ตรงกันพลังงานจะถูกถ่ายโอนไปยังโหลด ไม่น่าเป็นไปได้หากความต้านทานของโหลดไม่ตรงกับความต้านทานลักษณะเฉพาะ จากนั้นการสะท้อนจะเกิดขึ้น นั่นหมายความว่าการสะท้อนจะเกิดขึ้นหาก

$$ Z_l \ neq Z_o $$

อย่างไรก็ตามหากสิ่งนี้ไม่ตรงกันสำหรับพอร์ตมากกว่าหนึ่งพอร์ตตัวอย่างเช่นพอร์ต $ 'n' $ ดังนั้น $ i = 1 $ ถึง $ n $ (เนื่องจาก $ i $ สามารถเป็นบรรทัดใดก็ได้ตั้งแต่ $ 1 $ ถึง $ n $)

ดังนั้นเราจึงมี

$$ b_1 = S_ {11} a_1 + S_ {12} a_2 + S_ {13} a_3 + ............... + S_ {1n} a_n $$

$$ b_2 = S_ {21} a_1 + S_ {22} a_2 + S_ {23} a_3 + ............... + S_ {2n} a_n $$

$$. $$

$$. $$

$$. $$

$$. $$

$$. $$

$$ b_n = S_ {n1} a_1 + S_ {n2} a_2 + S_ {n3} a_3 + ............... + S_ {nn} a_n $$

เมื่อสิ่งทั้งหมดนี้ถูกเก็บไว้ในรูปแบบเมทริกซ์

$$ \ begin {bmatrix} b_1 \\ b_2 \\ b_3 \\. \\. \\. \\ b_n \ end {bmatrix} = \ begin {bmatrix} S_ {11} & S_ {12} & S_ {13 } & ... & S_ {1n} \\ S_ {21} & S_ {22} & S_ {23} & ... & S_ {2n} \\. &. &. & ... &. \\. &. &. & ... &. \\. &. &. & ... &. \\ S_ {n1} & S_ {n2} & S_ {n3} & ... & S_ {nn} \\ \ end {bmatrix} \ times \ begin {bmatrix} a_1 \\ a_2 \\ a_3 \\. \ \. \\. \\ a_n \ end {bmatrix} $$

Column matrix $ [b] $ Scattering matrix $ [S] $Matrix $ [a] $

เมทริกซ์คอลัมน์ $ \ left [b \ right] $ สอดคล้องกับคลื่นสะท้อนหรือเอาต์พุตในขณะที่เมทริกซ์ $ \ left [a \ right] $ สอดคล้องกับคลื่นตกกระทบหรืออินพุต เมทริกซ์คอลัมน์กระจาย $ \ left [s \ right] $ ซึ่งอยู่ในลำดับ $ n \ times n $ มีค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนและสัมประสิทธิ์การส่งผ่าน ดังนั้น,

$$ \ left [b \ right] = \ left [S \ right] \ left [a \ right] $$

คุณสมบัติของเมทริกซ์ [S]

เมทริกซ์การกระจายถูกระบุเป็นเมทริกซ์ $ [S] $ มีคุณสมบัติมาตรฐานบางประการสำหรับเมทริกซ์ $ [S] $ พวกเขาคือ -

• $ [S] $ เป็นเมทริกซ์กำลังสองเสมอ (nxn)

  $ [S] _ {n \ times n} $

• $ [S] $ คือเมทริกซ์สมมาตร

  กล่าวคือ $ S_ {ij} = S_ {ji} $

• $ [S] $ เป็นเมทริกซ์รวม

  กล่าวคือ $ [S] [S] ^ * = I $

• ผลรวมของผลคูณของแต่ละคำของแถวหรือคอลัมน์ใด ๆ คูณด้วยคอนจูเกตที่ซับซ้อนของเงื่อนไขที่เกี่ยวข้องของแถวหรือคอลัมน์อื่นใดเป็นศูนย์ กล่าวคือ

$$ \ sum_ {i = j} ^ {n} S_ {ik} S_ {ik} ^ {*} = 0 \: สำหรับ \: k \ neq j $$

$$ (k = 1,2,3, ... \: n) \: และ \: (j = 1,2,3, ... \: n) $$

• ถ้าระยะทางไฟฟ้าระหว่างพอร์ต $ k ^ {th} $ และทางแยกคือ $ \ beta _kI_k $ ดังนั้นสัมประสิทธิ์ของ $ S_ {ij} $ ที่เกี่ยวข้องกับ $ k $ จะคูณด้วยปัจจัย $ e ^ {- j \ beta kIk} $

ในสองสามบทถัดไปเราจะมาดูทางแยกไมโครเวฟทีแตกต่างกัน