Mikrodalga Mühendisliği - Hızlı Kılavuz

Elektromanyetik Spektrum, tüm elektromanyetik radyasyon yelpazesinden oluşur. Radyasyon, yayılırken hareket eden ve yayılan enerjidir. Elektromanyetik spektrumu oluşturan elektromanyetik radyasyon türleri aşağıdaki ekran görüntüsünde gösterilmektedir.

Şimdi Mikrodalgaların özelliklerine bir göz atalım.

Mikrodalgaların Özellikleri

Mikrodalgaların temel özellikleri aşağıdadır.

• Mikrodalgalar, elektromanyetik enerjiyi daha kısa dalga boyuyla yayan dalgalardır.

• Mikrodalgalar İyonosfer tarafından yansıtılmaz.

• Mikrodalgalar düz bir çizgide hareket eder ve iletken yüzeyler tarafından yansıtılır.

• Mikrodalgalar daha kısa mesafelerde kolaylıkla zayıflatılır.

• Mikrodalga akımları ince bir kablo katmanından geçebilir.

Mikrodalgaların Avantajları

Mikrodalgaların aşağıdakiler gibi birçok avantajı vardır:

• Daha büyük bant genişliğini destekler ve dolayısıyla daha fazla bilgi iletilir. Bu nedenle, noktadan noktaya iletişim için mikrodalgalar kullanılır.

• Daha fazla anten kazancı mümkündür.

• Bant genişliği arttıkça daha yüksek veri hızları iletilir.

• Frekanslar yükseldikçe anten boyutu küçülür.

• Sinyaller daha yüksek frekanslı olduğundan düşük güç tüketimi.

• Görüş hattı yayılımı kullanılarak solma etkisi azaltılır.

• Radar sistemlerinde etkili yansıma alanı sağlar.

• Yüksek kapasiteli uydu ve karasal haberleşme mümkündür.

• Düşük maliyetli minyatür mikrodalga bileşenleri geliştirilebilir.

• Mevcut tüm çalışma frekans aralıklarında çok çeşitli uygulamalarla etkili spektrum kullanımı.

Mikrodalgaların dezavantajları

Mikrodalgaların aşağıdaki gibi birkaç dezavantajı vardır:

• Ekipman maliyeti veya kurulum maliyeti yüksektir.
• Ağırdırlar ve daha fazla yer kaplarlar.
• Elektromanyetik parazit meydana gelebilir.
• Sıcaklıkla birlikte dielektrik özelliklerinde değişiklikler meydana gelebilir.
• Elektrik gücünün doğal verimsizliği.

Mikrodalgaların Uygulamaları

Mikrodalgalar için diğer radyasyonlar için mümkün olmayan çok çeşitli uygulamalar vardır. Onlar -

Kablosuz bağlantılar

• Uzun mesafe telefon görüşmeleri için
• Bluetooth
• WIMAX işlemleri
• Dış mekan yayın yayınları
• Yardımcı yayın hizmetleri
• Uzaktan alma ünitesi
• Stüdyo / verici bağlantısı
• Doğrudan Yayın Uydu (DBS)
• Kişisel İletişim Sistemleri (PCS'ler)
• Kablosuz Yerel Alan Ağları (WLAN'lar)
• Hücresel Video (CV) sistemleri
• Otomobil çarpışmasını önleme sistemi

Elektronik

• Hızlı titreşimsiz anahtarlar
• Faz değiştiriciler
• HF üretimi
• Akort elemanları
• ECM / ECCM (Elektronik Karşı Ölçüm) sistemleri
• Yayılmış spektrum sistemleri

Ticari Kullanımlar

• Hırsız alarmları
• Garaj kapısı açıcıları
• Polis hız dedektörleri
• Temassız yöntemlerle tanımlama
• Cep telefonları, çağrı cihazları, kablosuz LAN'lar
• Uydu televizyon, XM radyo
• Hareket dedektörleri
• Uzaktan Algılama

Navigasyon

• Küresel navigasyon uydu sistemleri
• Küresel Konumlandırma Sistemi (GPS)

Askeri ve Radar

• Hedefin menzilini ve hızını tespit etmek için radarlar.

• SONAR uygulamaları

• Hava trafik kontrolü

• Hava Durumu tahmini

• Gemilerin navigasyonu

• Mayın tarama uygulamaları

• Hız sınırı uygulaması

• Askeri, iletişim ve yukarıda belirtilen uygulamalar için mikrodalga frekansları kullanır.

Araştırma Uygulamaları

• Atomik rezonanslar
• Nükleer rezonanslar

Radyo Astronomi

• Kozmik mikrodalga arka plan radyasyonunu işaretleyin
• Evrendeki güçlü dalgaların tespiti
• Evrendeki ve dünya atmosferindeki birçok radyasyonun tespiti

Gıda endüstrisi

• Yeniden ısıtma ve pişirme için kullanılan mikrodalga fırınlar
• Gıda işleme uygulamaları
• Ön ısıtma uygulamaları
• Pre-cooking
• Tahıl / fasulye kavurma
• Patates cipsi kurutma
• Nem seviyelendirme
• Su moleküllerini absorbe etme

Endüstriyel Kullanımlar

• Vulkanize kauçuk
• Analitik kimya uygulamaları
• Kurutma ve reaksiyon süreçleri
• Seramiklerin işlenmesi
• Polimer matris
• Yüzey modifikasyonu
• Kimyasal buhar işleme
• Toz işleme
• İlaçların sterilize edilmesi
• Kimyasal sentez
• Atık iyileştirme
• Güç iletimi
• Tünel açma
• Kaya / beton kırma
• Kömür damarlarını kırmak
• Çimentonun kürlenmesi
• RF Aydınlatma
• Füzyon reaktörleri
• Aktif red sistemleri

Yarıiletken İşleme Teknikleri

• Reaktif iyon aşındırma
• Kimyasal buhar birikimi

Spektroskopi

• Elektron Paramanyetik Rezonans (EPR veya ESR) Spektroskopisi
• Kimyasallardaki eşleşmemiş elektronları bilmek
• Malzemelerdeki serbest radikalleri bilmek
• Elektron kimyası

Tıbbi Uygulamalar

• Kalp atışını izleme
• Akciğer suyu tespiti
• Tümör tespiti
• Bölgesel hipertermi
• Terapötik uygulamalar
• Yerel ısıtma
• Angioplasty
• Mikrodalga tomografi
• Mikrodalga Akustik görüntüleme

Herhangi bir dalganın yayılması için bir ortama ihtiyaç vardır. Mikrodalgaların yayılması için farklı tipteki iletim hatları kullanılmaktadır. Sonraki bölümde onlar hakkında bilgi edinelim.

Bir transmission lineenerjiyi bir noktadan diğerine ileten bir konektördür. İletim hattı teorisinin incelenmesi, güç ve ekipmanın etkin kullanımında yardımcı olur.

Temel olarak dört tür iletim hattı vardır -

• İki telli paralel iletim hatları
• Koaksiyel çizgiler
• Şerit tipi alt tabaka iletim hatları
• Waveguides

İletim sırasında veya alırken enerji aktarımı, güç israfı olmadan etkin bir şekilde yapılmalıdır. Bunu başarmak için dikkate alınması gereken bazı önemli parametreler vardır.

Bir İletim Hattının Ana Parametreleri

Bir iletim hattının önemli parametreleri direnç, endüktans, kapasitans ve iletkenliktir.

Direnç ve endüktans birlikte iletim hattı olarak adlandırılır impedance.

Kapasitans ve iletkenlik birlikte denir admittance.

Direnç

İletim hatlarının yapıldığı malzemenin sunduğu direnç, özellikle daha kısa hatlar için hatırı sayılır miktarda olacaktır. Hat akımı arttıkça, omik kayıp $ \ left (I ^ {2} R \: loss \ right) $ da artar.

Direnç $R$ uzunlukta bir iletken "$l$" ve kesit "$a$" olarak temsil edilir

$$ R = \ rho \ frac {l} {a} $$

Nerede

?? $ \ rho $ = sabit olan iletken malzemenin direnci.

Sıcaklık ve akımın frekansı, bir hattın direncini etkileyen ana faktörlerdir. Bir iletkenin direnci, sıcaklıktaki değişimle doğrusal olarak değişir. Oysa akımın frekansı artarsa ​​iletken yüzeyine doğru akım yoğunluğu da artar. Aksi takdirde, iletkenin merkezine doğru akım yoğunluğu artar.

Bu, akımın iletkenin yüzeyine doğru daha fazla akması, merkeze doğru daha az akması anlamına gelir. Skin Effect.

İndüktans

Bir AC iletim hattında akım sinüzoidal olarak akar. Bu akım, elektrik alanına dik olan ve yine sinüzoidal olarak değişen bir manyetik alanı indükler. Bu, Faraday yasası olarak bilinir. Alanlar aşağıdaki şekilde gösterilmektedir.

Bu değişken manyetik alan, iletkene bir miktar EMF'yi indükler. Şimdi bu indüklenen voltaj veya EMF, başlangıçta akan akıma ters yönde akar. Ters yönde akan bu EMF, eşdeğer olarak bilinen bir parametre ile gösterilir.Inductanceakımdaki değişime karşı çıkma özelliği.

"L". Ölçü birimi"Henry(H)".

İletkenlik

İletim hattı ile toprak arasında ve ayrıca faz iletkenleri arasında bir kaçak akım olacaktır. Bu az miktardaki kaçak akım genellikle yalıtkanın yüzeyinden geçer. Bu kaçak akımın tersi olarak adlandırılırConductance. "G".

Hat akımının akışı endüktans ile ilişkilidir ve iki nokta arasındaki voltaj farkı kapasitans ile ilişkilidir. Endüktans, manyetik alan ile ilişkiliyken, kapasitans elektrik alanı ile ilişkilidir.

Kapasite

Arasındaki voltaj farkı Phase conductorsiletkenler arasında bir elektrik alanına neden olur. İki iletken tıpkı paralel plakalar gibidir ve aralarındaki hava dielektrik hale gelir. Bu model, iletkenler arasındaki kapasitans etkisine neden olur.

Karakteristik Empedans

Düzgün bir kayıpsız iletim hattı düşünüldüğünde, tek yönde hareket eden bir dalga için, o hat boyunca herhangi bir yansıması olmayan gerilim ve akım genliklerinin oranı olarak adlandırılır. Characteristic impedance.

$ Z_0 $ ile gösterilir

$$ Z_0 = \ sqrt {\ frac {voltaj \: \: dalga \: \: değer} {akım \: \: dalga \: \: değer}} $$

$$ Z_0 = \ sqrt {\ frac {R + jwL} {G + jwC}} $$

Kayıpsız bir satır için, $ R_0 = \ sqrt {\ frac {L} {C}} $

$ L $ ve $ C $ birim uzunluklar başına endüktans ve kapasitanstır.

Empedans eşleştirme

Yüke maksimum güç aktarımı sağlamak için empedans eşleştirmesi yapılmalıdır. Bu empedans eşleşmesini sağlamak için aşağıdaki koşullar karşılanmalıdır.

Yükün direnci, kaynağınkine eşit olmalıdır.

$$ R_L = R_S $$

Yükün reaktansı, kaynağınkine eşit olmalı, ancak işaretin tersi olmalıdır.

$$ X_L = -X_S $$

Bunun anlamı, eğer kaynak endüktif ise, yük kapasitif olmalıdır ve bunun tersi de geçerlidir.

Yansıma katsayısı

Bir iletim hattındaki empedans uyumsuzluğundan dolayı yansıyan enerji miktarını ifade eden parametreye Reflection coefficient. $ \ Rho $ ile gösterilir(rho).

Yük terminallerinde yansıyan gerilimin gelen gerilime oranı olarak tanımlanabilir.

$$ \ rho = \ frac {yansıyan \: voltaj} {olay \: voltaj} = \ frac {V_r} {V_i} \: \: yük \: terminaller $$ konumunda

Cihaz ile iletim hattı arasındaki empedans birbiriyle uyuşmazsa enerji yansıtılır. Enerji ne kadar yüksek yansıtılırsa, $ \ rho $ yansıma katsayısının değeri o kadar büyük olacaktır.

Gerilim Daimi Dalga Oranı (VSWR)

Durağan dalga, olay dalgası yansıtıldığında oluşur. Oluşan sabit dalga bir miktar voltaj içerir. Duran dalgaların büyüklüğü, duran dalga oranları ile ölçülebilir.

Bir durağan dalgadaki maksimum gerilimin minimum gerilime oranı, Gerilim Daimi Dalga Oranı (VSWR) olarak tanımlanabilir. "$ S $" ile gösterilir.

$$ S = \ frac {\ left | V_ {max} \ right |} {\ left | V_ {min} \ sağ |} \ quad 1 \: \ leq S \ leq \ infty $$

VSWR, olay ve yansıyan dalgaların faz eklenmesi ve çıkarılması nedeniyle iletim hattında mevcut olan voltaj durağan dalga modelini açıklar.

Dolayısıyla şu şekilde de yazılabilir:

$$ S = \ frac {1 + \ rho} {1 - \ rho} $$

Empedans uyumsuzluğu ne kadar büyükse, duran dalganın genliği o kadar yüksek olacaktır. Bu nedenle, empedans mükemmel bir şekilde eşleşirse,

$$ V_ {max}: V_ {min} = 1: 1 $$

Dolayısıyla, VSWR'nin değeri birliktir, bu da aktarımın mükemmel olduğu anlamına gelir.

İletim Hatlarının Verimliliği

İletim hatlarının verimliliği, çıkış gücünün giriş gücüne oranı olarak tanımlanır.

$ \% \: verimlilik \: / \: iletim \: hat \: \ eta = \ frac {Güç \: teslim \: \: alımda} {Güç \: gönderildi \: \: \: iletim \: end} \ times 100 $

Voltaj regülasyonu

Gerilim regülasyonu, iletim hattının gönderen ve alan uçları arasındaki gerilimin büyüklüğündeki değişiklik olarak tanımlanır.

$ \% \: voltaj \: düzenleme = \ frac {gönderme \: bitiş \: voltaj - \: alma \: bitiş \: voltaj} {gönderme \: bitiş \: voltaj} \ times 100 $

Empedans Uyumsuzluğundan kaynaklanan kayıplar

İletim hattı, eşleşen bir yükle sonlandırılmazsa, kayıplar halinde oluşur. Bu kayıplar, zayıflama kaybı, yansıma kaybı, iletim kaybı, geri dönüş kaybı, ekleme kaybı vb.

Zayıflama Kaybı

İletim hattındaki sinyalin absorpsiyonu nedeniyle meydana gelen kayıp, zayıflama kaybı olarak adlandırılır ve şu şekilde temsil edilir:

$$ Zayıflatma \: kayıp (dB) = 10 \: log_ {10} \ left [\ frac {E_i - E_r} {E_t} \ right] $$

Nerede

• $ E_i $ = giriş enerjisi

• $ E_r $ = yükten girişe yansıyan enerji

• $ E_t $ = yüke iletilen enerji

Yansıma Kaybı

İletim hattının empedans uyumsuzluğundan kaynaklanan sinyalin yansıması nedeniyle oluşan kayıp, şu şekilde temsil edilen Yansıma kaybı olarak adlandırılır.

$$ Yansıma \: kayıp (dB) = 10 \: log_ {10} \ left [\ frac {E_i} {E_i - E_r} \ right] $$

Nerede

• $ E_i $ = giriş enerjisi

• $ E_r $ = yükten yansıyan enerji

İletim Kaybı

İletim hattı üzerinden iletim sırasında meydana gelen kayıp, İletim kaybı olarak adlandırılır ve şu şekilde temsil edilir:

$$ İletim \: kayıp (dB) = 10 \: log_ {10} \: \ frac {E_i} {E_t} $$

Nerede

• $ E_i $ = giriş enerjisi

• $ E_t $ = iletilen enerji

Geri dönüş kaybı

İletim hattı tarafından yansıtılan gücün ölçüsü, şu şekilde temsil edilen Geri Dönüş kaybı olarak adlandırılır.

$$ Dönüş \: kayıp (dB) = 10 \: log_ {10} \: \ frac {E_i} {E_r} $$

Nerede

• $ E_i $ = giriş enerjisi

• $ E_r $ = yansıyan enerji

Ekleme Kaybı

İletim hattı olmadan enerji aktarımına kıyasla bir iletim hattı kullanılarak yapılan enerji aktarımı nedeniyle oluşan kayıp, şu şekilde temsil edilen Ekleme kaybı olarak adlandırılır.

$$ Ekleme \: kayıp (dB) = 10 \: log_ {10} \: \ frac {E_1} {E_2} $$

Nerede

• $ E_1 $ = bir iletim hattı olmadan kaynağa doğrudan bağlandığında yük tarafından alınan enerji.

• $ E_2 $ = iletim hattı yük ile kaynak arasına bağlandığında yük tarafından alınan enerji.

Saplama Eşleştirme

Yük empedansı kaynak empedansıyla uyuşmuyorsa, bazen eşleşmeyi sağlamak için "Saplama Eşleştirme" adı verilen bir yöntem kullanılır.

Açık veya kısa devre hatlarının bölümlerini bağlama işlemi denilen stubs bir noktada veya noktalarda ana hat ile şantta, olarak adlandırılabilir Stub Matching.

Daha yüksek mikrodalga frekanslarında, temel olarak iki saplama eşleştirme tekniği kullanılır.

Tek Saplama Eşleştirme

Tek saplama eşleşmesinde, belirli sabit uzunlukta bir saplama, yükten belli bir mesafeye yerleştirilir. Yalnızca sabit bir frekans için kullanılır, çünkü frekanstaki herhangi bir değişiklik için, stubun konumu değiştirilmek zorundadır, bu yapılmaz. Bu yöntem koaksiyel hatlar için uygun değildir.

Çift Saplama Eşleştirme

Çift saplama eşleşmesinde, değişken uzunlukta iki saplama belirli konumlarda sabitlenir. Yük değiştikçe, eşleşmeyi sağlamak için yalnızca koçanların uzunlukları ayarlanır. Bu, laboratuvar uygulamalarında tek bir frekans eşleştirme cihazı olarak yaygın olarak kullanılmaktadır.

Aşağıdaki şekiller, koçan eşleşmelerinin nasıl göründüğünü gösterir.

Tek saplama eşleştirme ve çift saplama eşleştirme, yukarıdaki şekillerde gösterildiği gibi, empedans eşleşmesini sağlamak için iletim hatlarında yapılır.

Bir dalganın hem elektrik hem de manyetik alanları vardır. Elektrik ve manyetik alanların tüm enine bileşenleri, z yönünde, elektrik ve manyetik alanın eksenel bileşenlerinden belirlenir. Bu, mikrodalgalarda TE, TM, TEM ve Hibrit gibi mod oluşumlarına izin verir. Mod türlerine bir göz atalım.

Elektrik ve manyetik alan bileşenlerinin karşılıklı olarak üç dikey yön x, y ve z boyunca yönü aşağıdaki şekilde gösterildiği gibidir.

Mod Türleri

Mikrodalgaların yayılma modları:

TEM (Enine Elektromanyetik Dalga)

Bu modda, hem elektrik hem de manyetik alanlar tamamen yayılma yönüne çaprazdır. $ 'Z' $ yönünde bileşen yok.

$$ E_z = 0 \: ve \: H_z = 0 $$

TE (Enine Elektrik Dalgası)

Bu modda, elektrik alanı tamamen yayılma yönüne çapraz iken manyetik alan değildir.

$$ E_z = 0 \: ve \: H_z \ ne 0 $$

TM (Enine Manyetik Dalga)

Bu modda, manyetik alan tamamen yayılma yönüne çaprazdır, oysa elektrik alan değildir.

$$ E_z \ ne 0 \: ve \: H_z = 0 $$

HE (Hibrit Dalga)

Bu modda, ne elektrik ne de manyetik alan tamamen yayılma yönüne çapraz değildir.

$$ E_z \ ne 0 \: ve \: H_z \ ne 0 $$

İletim hatları teorisi yalnızca bir gidiş ve dönüş yoluna sahip olan, yani bir TEM dalgasını destekleyebilen iletkenler sistemine uygulanabildiğinden, çoklu iletken hatlar normalde TEM yayılma modunu destekler.

Dalga kılavuzları, TE ve TM modlarına izin veren ancak TEM moduna izin vermeyen tek iletkenli hatlardır. Açık iletken kılavuzlar Hibrit dalgaları destekler. İletim hatlarının türleri bir sonraki bölümde tartışılacaktır.

Geleneksel açık telli iletim hatları, radyasyon kayıpları yüksek olacağından mikrodalga iletimi için uygun değildir. Mikrodalga frekanslarında, kullanılan iletim hatları genel olarak üç türe ayrılabilir. Onlar -

• Çok iletkenli hatlar
  • Eş eksenli çizgiler
  • Şerit hatları
  • Mikro şerit hatları
  • Slot hatları
  • Eş düzlemli çizgiler vb.

• Tek iletkenli hatlar (Dalga Kılavuzları)
  • Dikdörtgen dalga kılavuzları
  • Dairesel dalga kılavuzları
  • Eliptik dalga kılavuzları
  • Tek uçlu dalga kılavuzları
  • Çift uçlu dalga kılavuzları vb.

• Açık sınır yapıları
  • Di-elektrik çubuklar
  • Açık dalga kılavuzları vb.

Çok iletkenli Hatlar

Birden fazla iletkeni olan iletim hatlarına Çok iletkenli hatlar denir.

Eş eksenli Hatlar

Bu, çoğunlukla yüksek frekans uygulamaları için kullanılır.

Bir koaksiyel hat, iç çapa sahip bir iç iletkenden oluşur dve sonra etrafında eşmerkezli silindirik bir yalıtım malzemesi. Bu, iç çapa sahip eş merkezli bir silindir olan bir dış iletken ile çevrilidir.D. Aşağıdaki şekle bakıldığında bu yapı iyi anlaşılmaktadır.

Koaksiyel kablolarda temel ve baskın mod TEM modudur. Koaksiyel kabloda kesme frekansı yoktur. Tüm frekansları geçer. Bununla birlikte, daha yüksek frekanslar için, bazı yüksek dereceli TEM olmayan mod yayılmaya başlar ve çok fazla zayıflamaya neden olur.

Şerit Hatları

Bunlar, 100MHz ile 100GHz arasındaki frekanslarda kullanılan düzlemsel iletim hatlarıdır.

Bir Strip line merkezi bir ince iletken şeritten oluşur ω kalınlığından daha büyük olan t. İki geniş zemin plakası arasına b / 2 kalınlığındaki düşük kayıplı dielektrik (ε _r ) alt tabakanın içine yerleştirilir . Zemin plakalarının genişliği, plakalar arasındaki boşluktan beş kat daha fazladır.

Metalik merkezi iletkenin kalınlığı ile metalik zemin düzlemlerinin kalınlığı aynıdır. Aşağıdaki şekil, şerit hat yapısının enine kesit görünümünü göstermektedir.

Şerit hatlarındaki temel ve baskın mod TEM modudur. İçinb<λ/2, enine yönde yayılma olmayacaktır. Bir şerit hattının empedansı, genişliğin oranı ile ters orantılıdır.ω iç iletkenin mesafeye b yer düzlemleri arasında.

Mikro Şerit Hatları

Şerit hattının bir dezavantajı, ayarlama ve ayarlama için erişilebilir olmamasıdır. Bu, aktif veya pasif cihazların montajına izin veren ve ayrıca devre imal edildikten sonra küçük ayarlamalar yapılmasına izin veren mikro şerit hatlarında önlenir.

Mikro şerit hattı, altta metalize bir zemine ve üstte kalınlığa sahip ince bir iletken şeride sahip di-elektrik alt tabakaya sahip, simetrik olmayan paralel plakalı iletim hattıdır.t"ve genişlik"ω'. Bu, bir mikro şerit çizgisini gösteren aşağıdaki şekle bakılarak anlaşılabilir.

Bir mikro şeridin karakteristik empedansı, şerit çizgisi genişliğinin bir fonksiyonudur (ω), kalınlık (t) ve çizgi ile yer düzlemi arasındaki mesafe (h). Mikro şerit hatları, gömülü mikro şerit, ters çevrilmiş mikro şerit, asılı mikro şerit ve oluklu mikro şerit iletim hatları gibi birçok tiptedir.

Bunlara ek olarak, paralel şerit hatları ve eş düzlemli şerit hatları gibi bazı diğer TEM hatları da mikrodalga entegre devreler için kullanılmıştır.

Diğer Hatlar

Bir Parallel Strip lineiki iletkenli bir iletim hattına benzer. Yarı TEM modunu destekleyebilir. Aşağıdaki şekil bunu açıklamaktadır.

Bir Coplanar strip lineuygun bağlantılar için her ikisi de aynı alt tabaka yüzeyine yerleştirilmiş bir şerit topraklanmış iki iletken şeritten oluşur. Aşağıdaki şekil bunu açıklamaktadır.

Bir Slot line transmission line, bir dielektrik substrat üzerindeki iletken bir kaplamadaki bir yarık veya boşluktan oluşur ve bu üretim süreci mikro şerit hatları ile aynıdır. Aşağıda onun şematik gösterimi verilmiştir.

Eş düzlemli bir dalga kılavuzu, bir dielektrik levhanın yüzeyinde biriken bir ince metalik film şeridinden oluşur. Bu levhanın aynı yüzey üzerinde şeride bitişik ve paralel uzanan iki elektrodu vardır. Aşağıdaki şekil bunu açıklamaktadır.

Bu mikro şerit hatlarının tümü, iletim hatlarının imalatı için hantal ve pahalı kullanımın bir dezavantaj olacağı mikrodalga uygulamalarında kullanılmaktadır.

Açık Sınır Yapıları

Bunlar şu şekilde de ifade edilebilir: Open Electromagnetic Waveguides. Tamamen metal bir kalkanla kapatılmamış bir dalga kılavuzu, açık bir dalga kılavuzu olarak düşünülebilir. Boş alan da bir tür açık dalga kılavuzu olarak kabul edilir.

Açık bir dalga kılavuzu, uzunlamasına eksenel simetriye ve sınırsız kesite sahip, elektromanyetik dalgaları yönlendirebilen herhangi bir fiziksel cihaz olarak tanımlanabilir. Artık ayrık olmayan bir spektruma sahiptirler. Mikro şerit hatları ve optik fiberler de açık dalga kılavuzlarının örnekleridir.

Genel olarak, bir sinyalin veya belirli bir sinyal bandının frekansı yüksekse, sinyal diğer sinyallerin birikmesi için daha fazla alan sağladığından bant genişliği kullanımı yüksektir. Bununla birlikte, yüksek frekanslı sinyaller, zayıflatılmadan daha uzun mesafelere gidemez. İletim hatlarının sinyallerin daha uzun mesafelere gitmesine yardımcı olduğunu inceledik.

Mikrodalgalar, genel olarak Dalga Kılavuzları olarak adlandırılan Mikrodalga iletim hatlarının bir parçası olarak hareket eden mikrodalga devreleri, bileşenleri ve cihazları aracılığıyla yayılır.

Elektromanyetik dalgaları tüpün iç duvarlarından gelen ardışık yansımalarla iletmek için tek tip enine kesitli içi boş metalik bir tüpe Waveguide.

Aşağıdaki şekil bir dalga kılavuzu örneğini göstermektedir.

Mikrodalga iletişimlerinde genellikle bir dalga kılavuzu tercih edilir. Waveguide, içi boş bir metal boru olan özel bir iletim hattı şeklidir. Bir iletim hattının aksine, bir dalga kılavuzunun merkez iletkeni yoktur.

Bir Waveguide'ın temel özellikleri şunlardır:

• Tüp duvarı dağıtılmış endüktans sağlar.

• Tüp duvarları arasındaki boş alan, dağıtılmış kapasitans sağlar.

• Bunlar hantal ve pahalıdır.

Dalga Kılavuzlarının Avantajları

Aşağıda Waveguides'in birkaç avantajı verilmiştir.

• Dalga kılavuzlarının üretimi kolaydır.

• Çok büyük güçleri kaldırabilirler (kilo watt olarak).

• Dalga kılavuzlarında güç kaybı çok azdır.

• Çok düşük kayıp (düşük alfa zayıflama değeri) sunarlar.

• Mikrodalga enerjisi dalga kılavuzundan geçtiğinde, koaksiyel kabloya göre daha düşük kayıplarla karşılaşır.

Dalga Kılavuzlarının Türleri

Beş tür dalga kılavuzu vardır.

• Dikdörtgen dalga kılavuzu
• Dairesel dalga kılavuzu
• Eliptik dalga kılavuzu
• Tek uçlu dalga kılavuzu
• Çift uçlu dalga kılavuzu

Aşağıdaki şekiller dalga kılavuzu tiplerini gösterir.

Yukarıda gösterilen dalga kılavuzlarının türleri ortada oyuktur ve bakır duvarlardan oluşur. Bunların iç yüzeyinde ince bir Au veya Ag astarı vardır.

Şimdi iletim hatlarını ve dalga kılavuzlarını karşılaştıralım.

İletim Hatları Vs Dalga Kılavuzları

İletim hattı ile dalga kılavuzu arasındaki temel fark şudur:

• Bir two conductor structure TEM dalgasını destekleyebilen bir iletim hattıdır.

• Bir one conductor structure Bir TE dalgasını veya bir TM dalgasını destekleyebilen ancak bir TEM dalgasını desteklemeyen, dalga kılavuzu olarak adlandırılır.

Aşağıdaki tablo, iletim hatları ve dalga kılavuzları arasındaki farkları ortaya koymaktadır.

İletim hatları	Dalga kılavuzları
TEM dalgasını destekler	TEM dalgasını destekleyemez
Tüm frekanslar geçebilir	Yalnızca kesme frekansından daha büyük olan frekanslar geçebilir
İki iletkenli iletim	Tek iletkenli iletim
Yansımalar daha az	Bir dalga, dalga kılavuzunun duvarlarından gelen yansımalardan geçer
Karakteristik bir empedansa sahiptir	Dalga empedansı vardır
Dalgaların yayılması "Devre teorisine" göredir	Dalgaların yayılması "Alan teorisine" göredir
Toprağa dönüş iletkenine sahiptir	Dalga kılavuzunun gövdesi toprak gibi davrandığından dönüş iletkeni gerekli değildir
Bant genişliği sınırlı değil	Bant genişliği sınırlıdır
Dalgalar dağılmaz	Dalgalar dağılır

Faz Hızı

Faz Hızı, dalganın faz kaymasına uğramak için dalganın fazını değiştirdiği hızdır. 2πradyan. Modüle edildiğinde bir sinüs dalgasının dalga bileşenlerinin hızındaki değişim olarak anlaşılabilir.

Faz hızı için bir denklem çıkaralım.

Tanıma göre, faz değişim oranı 2π radyan dikkate alınmalıdır.

Bunun anlamı, $λ$ / $T$ dolayısıyla

$$ V = \ frac {\ lambda} {T} $$

Nerede,

$ λ $ = dalga boyu ve $ T $ = zaman

$$ V = \ frac {\ lambda} {T} = \ lambda f $$

$ F = \ frac {1} {T} $ 'dan beri

Payı ve paydayı ile çarparsak 2π o zaman bizde

$$ V = \ lambda f = \ frac {2 \ pi \ lambda f} {2 \ pi} $$

$ \ Omega = 2 \ pi f $ olduğunu biliyoruz and $ \ beta = \ frac {2 \ pi} {f} $

Yukarıdaki denklem şu şekilde yazılabilir:

$$ V = \ frac {2 \ pi f} {\ frac {2 \ pi} {\ lambda}} = \ frac {\ omega} {\ beta} $$

Dolayısıyla, Faz hızı denklemi şu şekilde temsil edilir:

$$ V_p = \ frac {\ omega} {\ beta} $$

Grup Hızı

Grup Hızı, dalganın dalga kılavuzu boyunca yayılma hızı olarak tanımlanabilir. Bu, modüle edilmiş bir zarfın tek başına taşıyıcıya kıyasla hareket ettiği hız olarak anlaşılabilir. Bu modüle edilmiş dalga, dalga kılavuzu boyunca ilerler.

Grup Hızının denklemi şu şekilde temsil edilir:

$$ V_g = \ frac {d \ omega} {d \ beta} $$

Modüle edilmiş zarfın hızı genellikle taşıyıcı sinyalden daha yavaştır.

Bu bölümde, mikrodalga transistörleri ve farklı diyot türleri gibi mikrodalga bileşenleri hakkında tartışacağız.

Mikrodalga Transistörleri

Mikrodalga frekanslarını tolere etmek için özel transistörlerin geliştirilmesine ihtiyaç vardır. Bu nedenle mikrodalga uygulamaları için,silicon n-p-n transistorsmikrodalga frekanslarında yeterli güç sağlayabilen geliştirildi. Tipik olarak 3GHz frekansında 5 watt ve 5dB kazançlıdırlar. Aşağıdaki şekilde böyle bir transistörün enine kesit görünümü gösterilmektedir.

Mikrodalga Transistörlerin Yapısı

Bir n tip epitaksiyel katman üzerinde büyümüş n+toplayıcıyı oluşturan substrat. Bunun üzerinenbölgede, bir SiO2 tabakası termal olarak büyütülür. Birp-base ve ağır dopingli n-emitterstabana yayılır. Ohmik kontaklar için Okside açıklıklar yapılır. Bağlantılar paralel yapılır.

Bu tür transistörler, iç içe geçmiş, üst üste bindirme veya matris olarak kategorize edilen bir yüzey geometrisine sahiptir. Bu formlar aşağıdaki şekilde gösterilmektedir.

Güç transistörleri, üç yüzey geometrisinin tümünü kullanır.

Küçük sinyal transistörleri iç içe geçmiş yüzey geometrisi kullanır. Birbirine bağlı yapı, L, S ve C bantlarındaki küçük sinyal uygulamaları için uygundur.

Matris geometrisine bazen ağ veya yayıcı ızgara adı verilir. Kaplama ve Matris yapıları, UHF ve VHF bölgelerinde güç cihazları olarak kullanışlıdır.

Mikrodalga Transistörlerin Çalışması

Bir mikrodalga transistörde, başlangıçta emitör-taban ve kollektör-taban bağlantıları ters eğimlidir. Bir mikrodalga sinyalinin uygulanmasında, yayıcı-taban birleşimi ileri eğimli hale gelir. Eğer birp-n-pTransistör, pozitif sinyal tepe noktasının uygulanması, yayıcı-taban birleşimini ileri doğru yönlendirerek deliklerin ince negatif tabana sürüklenmesine neden olur. Delikler, toplayıcı ile taban terminalleri arasındaki ön gerilimin negatif terminaline daha da hızlanır. Kollektöre bağlı bir yük, bir akım darbesi alır.

Katı Hal Cihazları

Katı hal Mikrodalga cihazlarının sınıflandırılması yapılabilir -

• Elektrik davranışlarına bağlı olarak

  • Doğrusal olmayan direnç tipi.

    Örnek - Varistörler (değişken dirençler)

  • Doğrusal olmayan reaktans tipi.

    Örnek - Varaktörler (değişken reaktörler)

  • Negatif direnç türü.

    Örnek - Tünel diyot, Impatt diyot, Gunn diyot

  • Kontrol edilebilir empedans tipi.

    Örnek - PIN diyot

• Yapımlarına bağlı olarak
  • Nokta temas diyotları
  • Schottky bariyer diyotları
  • Metal Oksit Yarıiletken cihazlar (MOS)
  • Metal yalıtım cihazları

Burada bahsettiğimiz diyot türleri, amplifikasyon, algılama, güç üretimi, faz kaydırma, aşağı dönüştürme, yukarı dönüştürme, sınırlama modülasyonu, anahtarlama vb. Gibi birçok kullanıma sahiptir.

Varaktör Diyot

Ters taraflı bir bağlantının voltaj değişken kapasitansı, Varaktör diyot olarak adlandırılabilir. Varaktör diyot, bağlantı kapasitansının diyotun ters önyargısının bir fonksiyonu olarak değiştirilebildiği yarı iletken bir cihazdır. Tipik bir Varaktör diyotunun CV karakteristikleri ve sembolleri aşağıdaki şekilde gösterilmektedir.

Bağlantı kapasitansı, uygulanan gerilime ve bağlantı tasarımına bağlıdır. Biz biliyoruz ki,

$$ C_j \: \ alpha \: V_ {r} ^ {- n} $$

Nerede

• $ C_j $ = Bağlantı kapasitansı

• $ V_r $ = Ters öngerilim gerilimi

• $n$ = Kavşak tipine karar veren bir parametre

Bağlantı ters eğilimli ise, mobil taşıyıcılar bağlantı noktasını tüketir, bu da bir miktar kapasitansla sonuçlanır, burada diyot bir kapasitör gibi davranır ve bağlantı bir dielektrik olarak işlev görür. Ters önyargıdaki artışla kapasite azalır.

Diyotun kapsüllenmesi, yarı iletken levhaya ve seramik kasaya tutturulmuş bir kurşuna tutturulmuş elektrik uçları içerir. Aşağıdaki şekil bir mikrodalga Varaktör diyotunun nasıl göründüğünü göstermektedir.

Bunlar, büyük güçleri ve büyük ters arıza voltajlarını idare edebilir. Bunların gürültü seviyesi düşüktür. Bağlantı kapasitansındaki varyasyon bu diyotta önemli bir faktör olmasına rağmen, parazitik dirençler, kapasitanslar ve iletkenlikler, düşük tutulması gereken her pratik diyotla ilişkilidir.

Varaktör Diyot Uygulamaları

Varaktör diyotları aşağıdaki uygulamalarda kullanılır -

• Yukarı dönüşüm
• Parametrik amplifikatör
• Darbe üretimi
• Darbe şekillendirme
• Anahtarlama devreleri
• Mikrodalga sinyallerinin modülasyonu

Schottky Bariyer Diyot

Bu, doğrusal olmayan empedans sergileyen basit bir diyottur. Bu diyotlar çoğunlukla mikrodalga algılama ve karıştırma için kullanılır.

Schottky Bariyer Diyot Yapısı

Metal bir taban üzerine yarı iletken bir pelet monte edilir. Bu silikon pelete bir yaylı tel keskin bir uçla bağlanır. Bu, koaksiyel veya dalga kılavuzu hatlarına kolayca monte edilebilir. Aşağıdaki şekil, yapının net bir resmini vermektedir.

Schottky Bariyer Diyotunun Çalışması

Yarı iletken ile metal arasındaki temas ile bir tükenme bölgesi oluşur. Metal bölge, nispeten daha küçük tükenme genişliğine sahiptir. Temas sağlandığında yarı iletkenden metale elektron akışı gerçekleşir. Bu tükenme, yarı iletkende pozitif bir uzay yükü oluşturur ve elektrik alanı, arayüzde bir bariyerin oluşmasına yol açan daha fazla akışa karşı gelir.

İleri önyargı sırasında, engel yüksekliği azaltılır ve elektronlar metale enjekte edilirken, ters önyargı sırasında, engel yüksekliği artar ve elektron enjeksiyonu neredeyse durur.

Schottky Bariyer Diyotunun Avantajları

Bunlar aşağıdaki avantajlardır.

• Düşük maliyetli
• Simplicity
• Reliable
• Gürültü rakamları 4 ila 5dB

Schottky Bariyer Diyotunun Uygulamaları

Bunlar aşağıdaki uygulamalardır.

• Düşük gürültülü karıştırıcı
• Sürekli dalga radarında dengeli karıştırıcı
• Mikrodalga dedektörü

Gunn Etkisi Cihazları

JB Gunn, periyodik akım dalgalanmalarını keşfetti. n-type GaAsuygulanan voltaj belirli bir kritik değeri aştığında numune. Bu diyotlarda iki vadi vardır,L & U valleysİletim bandında ve uygulanan elektrik alanına bağlı olarak elektron transferi aralarında gerçekleşir. Aşağı L vadisinden üst U vadisine nüfus dönüşümünün bu etkisine denir.Transfer Electron Effect ve bu nedenle bunlara Transfer Electron Devices (TED'ler).

Gunn Diyotlarının Uygulamaları

Gunn diyotları aşağıdaki cihazlarda yaygın olarak kullanılmaktadır -

• Radar vericileri
• Hava trafik kontrolünde transponderler
• Endüstriyel telemetri sistemleri
• Güç osilatörleri
• Mantık devreleri
• Geniş bant doğrusal amplifikatör

Malzemeden geçiş süresiyle birlikte çığda gerilim ve akım arasında gecikme yaşanması işleminin Negatif direnç olduğu söylenir. Bu özelliği gösteren diyot yapımına yardımcı olan cihazlaraAvalanche transit time devices.

Bu kategoriye giren cihazların örnekleri IMPATT, TRAPATT ve BARITT diyotlardır. Her birine ayrıntılı olarak bir göz atalım.

IMPATT Diyot

Bu, yüksek frekanslı mikrodalga uygulamalarında kullanılan yüksek güçlü bir yarı iletken diyottur. IMPATT'ın tam formuIMPact ionization Avalanche Transit Time diode.

IMPATT diyotuna uygulandığında bir voltaj gradyanı yüksek akımla sonuçlanır. Normal bir diyot sonunda bununla bozulacaktır. Ancak IMPATT diyot tüm bunlara dayanacak şekilde geliştirilmiştir. Diyotu geri önyargılı hale getirmek için yüksek potansiyel bir gradyan uygulanır ve bu nedenle azınlık taşıyıcılar bağlantı boyunca akar.

Bir RF AC voltajının uygulanması, yüksek bir DC voltajı üzerine bindirilirse, deliklerin ve elektronların hızının artması, Darbe iyonizasyonu ile kristal yapıdan dışarı fırlatılarak ek deliklere ve elektronlara neden olur. Uygulanan orijinal DC alanı bu durumu geliştirme eşiğinde ise çığ akımı çarpımına neden olur ve bu süreç devam eder. Bu, aşağıdaki şekilden anlaşılabilir.

Bu etki nedeniyle, akım darbesi 90 ° 'lik bir faz kayması alır. Ancak, orada olmak yerine uygulanan ters önyargı nedeniyle katoda doğru hareket eder. Darbenin katoda ulaşması için geçen süre, kalınlığa bağlıdır.n+90 ° faz kayması yapacak şekilde ayarlanmış katman. Şimdi, dinamik bir RF negatif direncinin var olduğu kanıtlandı. Bu nedenle, IMPATT diyot hem bir osilatör hem de bir amplifikatör görevi görür.

Aşağıdaki şekil bir IMPATT diyotunun yapısal ayrıntılarını göstermektedir.

IMPATT diyotunun verimliliği şu şekilde temsil edilir:

$$ \ eta = \ left [\ frac {P_ {ac}} {P_ {dc}} \ right] = \ frac {V_a} {V_d} \ left [\ frac {I_a} {I_d} \ right] $$

Nerede,

• $ P_ {ac} $ = AC gücü

• $ P_ {dc} $ = DC gücü

• $ V_a \: \ & \: I_a $ = AC voltaj ve akım

• $ V_d \: \ & \: I_d $ = DC voltaj ve akım

Dezavantajları

IMPATT diyotunun dezavantajları aşağıdadır.

• Çığın gürültülü bir süreç olması gürültülüdür
• Ayar aralığı Gunn diyotlarındaki kadar iyi değil

Uygulamalar

IMPATT diyot uygulamaları aşağıdadır.

• Mikrodalga osilatör
• Mikrodalga jeneratörleri
• Modüle edilmiş çıkış osilatörü
• Alıcı yerel osilatör
• Negatif direnç büyütmeleri
• Hırsız alarm ağları (yüksek Q IMPATT)
• Polis radarı (yüksek Q IMPATT)
• Düşük güçlü mikrodalga vericisi (yüksek Q IMPATT)
• FM telekom vericisi (düşük Q IMPATT)
• CW Doppler radar vericisi (düşük Q IMPATT)

TRAPATT Diyot

TRAPATT diyotunun tam şekli TRApped Plasma Avalanche Triggered Transit diode. Yüzlerce MHz ila GHz arasında çalışan bir mikrodalga jeneratör. Bunlar genellikle yüksek tepe güç diyotlarıdırn+- p-p+ veya p+-n-n+2,5 ila 1,25 m arasında değişen genişlikte n-tipi tükenme bölgesine sahip yapılar. Aşağıdaki şekil bunu göstermektedir.

Bölgenin arkasındaki alçak alan bölgesinde sıkışan elektron ve delikler, diyot içerisindeki tükenme bölgesini doldurmak için yapılır. Bu, diyot boyunca yayılan yüksek alan çığ bölgesi tarafından yapılır.

Aşağıdaki şekil, AB'nin şarjı, BC'nin plazma oluşumunu, DE'nin plazma ekstraksiyonunu, EF'nin artık ekstraksiyonu ve FG'nin şarjı gösterdiği bir grafiği göstermektedir.

Her noktada ne olduğunu görelim.

A:A noktasındaki voltaj çığın çökmesi için yeterli değildir. A'da, termal üretimden kaynaklanan yük taşıyıcılar, diyotun doğrusal bir kapasitans gibi yüklenmesine neden olur.

A-B:Bu noktada elektrik alanın büyüklüğü artar. Yeterli sayıda taşıyıcı üretildiğinde, elektrik alanı tükenme bölgesi boyunca bastırılır ve voltajın B'den C'ye düşmesine neden olur.

C:Bu yük, çığın devam etmesine yardımcı olur ve yoğun bir elektron ve delik plazması oluşturulur. Alan, elektronların veya deliklerin tükenme katmanından çıkmasına izin vermeyecek şekilde daha da bastırılır ve kalan plazmayı hapseder.

D: D noktasında voltaj düşer. Toplam plazma yükü, harici akımdaki birim zaman başına yüke kıyasla büyük olduğundan plazmayı temizlemek için uzun bir süre gerekir.

E:E noktasında plazma kaldırılır. Defleksiyon katmanının bir ucunda artık delik ve elektron yükleri kalır.

E to F: Artık yük kaldırıldıkça voltaj artar.

F: F noktasında, dahili olarak üretilen tüm yük kaldırılır.

F to G: Diyot, bir kapasitör gibi şarj olur.

G:G noktasında, diyot akımı yarım bir süre için sıfıra gelir. Yukarıdaki grafikte gösterildiği gibi voltaj sabit kalır. Bu durum, akım geri gelene ve döngü tekrarlanana kadar devam eder.

Çığ bölgesi hızı $ V_s $ şu şekilde temsil edilir:

$$ V_s = \ frac {dx} {dt} = \ frac {J} {qN_A} $$

Nerede

• $J$ = Mevcut yoğunluk

• $q$= Elektron yükü 1,6 x ^10-19

• $ N_A $ = Doping konsantrasyonu

Çığ bölgesi, diyotun çoğunu hızla süpürür ve taşıyıcıların geçiş süresi şu şekilde gösterilir:

$$ \ tau_s = \ frac {L} {V_s} $$

Nerede

• $ V_s $ = Doymuş taşıyıcı sürüklenme hızı

• $ L $ = Numunenin uzunluğu

Burada hesaplanan geçiş süresi, enjeksiyon ve toplama arasındaki süredir. Tekrarlanan eylem, çıkışı bir yükseltici yapmak için arttırırken, devreye şönt olarak bağlanan bir mikrodalga düşük geçiş filtresi, bir osilatör olarak çalışmasını sağlayabilir.

Uygulamalar

Bu diyotun birçok uygulaması var.

• Düşük güçlü Doppler radarları
• Radarlar için yerel osilatör
• Mikrodalga ışıldak iniş sistemi
• Radyo altimetre
• Aşamalı dizi radarı vb.

BARITT Diyot

Tam formu BARITT Diode is BARrier Injection Transit Time diode. Bunlar, bu ailedeki son icatlardır. Bu diyotlar, IMPATT diyotları gibi uzun sürüklenme bölgelerine sahip olsalar da, BARITT diyotlarındaki taşıyıcı enjeksiyonu, ileri eğimli bağlantılardan kaynaklanır, ancak kendilerinde olduğu gibi bir çığ bölgesinin plazmasından değil.

IMPATT diyotlarda, darbe iyonizasyonu nedeniyle taşıyıcı enjeksiyonu oldukça gürültülüdür. BARITT diyotlarda, gürültüyü önlemek için, tükenme bölgesinin delinmesiyle taşıyıcı enjeksiyonu sağlanır. Bir BARITT diyotundaki negatif direnç, enjekte edilen deliklerin p-tipi malzemeden yapılmış diyotun kollektör ucuna kayması nedeniyle elde edilir.

Aşağıdaki şekil bir BARITT diyotunun yapısal ayrıntılarını göstermektedir.

Bir m-n-m BARITT diyot, Ps-Si Schottky bariyer metallerle temas eder n-type Si waferarasında. Uygulanan voltajla akımdaki hızlı bir artış (30v'nin üzerinde), yarı iletkene termiyonik delik enjeksiyonundan kaynaklanır.

$ (Vc) $ kritik voltajı $ (N) $ doping sabitine, $ (L) $ yarı iletken uzunluğuna ve şu şekilde temsil edilen yarı iletken dielektrik geçirgenliğine $ (\ epsilon S) $ bağlıdır.

$$ V_c = \ frac {qNL ^ 2} {2 \ epsilon S} $$

Monolitik Mikrodalga Tümleşik Devre (MMIC)

Mikrodalga IC'ler, ağırlıkları düşük, boyutları küçük, son derece güvenilir ve tekrarlanabilir oldukları için geleneksel dalga kılavuzu veya koaksiyel devrelere en iyi alternatiftir. Monolitik mikrodalga entegre devreleri için kullanılan temel malzemeler şunlardır:

• Yüzey malzemesi
• İletken malzeme
• Dielektrik filmler
• Dirençli filmler

Bunlar ideal özelliklere ve yüksek verime sahip olacak şekilde seçilmiştir. Malzemenin dielektrik sabiti, diğer ideal özelliklerle birlikte düşük dağıtım faktörü ile yüksek olması gerektiğinden, devre elemanlarının üretildiği substrat önemlidir. Kullanılan substrat malzemeleri GaAs, Ferrit / granat, Alüminyum, berilyum, cam ve rutildir.

İletken malzeme yüksek iletkenliğe, düşük sıcaklık direnç katsayısına, alt tabakaya iyi yapışmaya ve aşındırmaya vb. Sahip olacak şekilde seçilir. Alüminyum, bakır, altın ve gümüş esas olarak iletken malzemeler olarak kullanılır. Dielektrik malzemeler ve dirençli malzemeler, düşük kayıp ve iyi stabiliteye sahip olacak şekilde seçilir.

Fabrikasyon Teknolojisi

Hibrit entegre devrelerde, yarı iletken cihazlar ve pasif devre elemanları bir dielektrik substrat üzerinde oluşturulur. Pasif devreler ya dağıtılmış ya da toplanmış elemanlardır ya da her ikisinin birleşimidir.

Hibrit entegre devreler iki tiptedir.

• Hibrit IC
• Minyatür Hibrit IC

Yukarıdaki işlemlerin her ikisinde de, Hibrit IC, tek katmanlı bir metalleştirme tekniği kullanılarak IC üzerinde üretilen dağıtılmış devre elemanlarını kullanırken, Minyatür hibrit IC çok seviyeli elemanları kullanır.

Çoğu analog devre, FET'ler ve diyotlar için kullanılan aktif n tipi alanları izole etmek için mezo izolasyon teknolojisini kullanır. Düzlemsel devreler, iyonların yarı yalıtımlı alt tabakaya implante edilmesiyle üretilir ve izolasyon sağlamak için alanlar maskelenir.

"Via hole"teknolojisi, kaynağı aşağıdaki şekilde gösterilen bir GaAs FET'de toprağa bağlı kaynak elektrotlarla bağlamak için kullanılır.

MMIC'lerin birçok uygulaması vardır.

• Askeri iletişim
• Radar
• ECM
• Aşamalı dizi anten sistemleri
• Yayılmış spektrum ve TDMA sistemleri

Maliyet etkindirler ve ayrıca DTH, telekom ve enstrümantasyon gibi birçok yerli tüketici uygulamasında da kullanılırlar.

Tıpkı diğer sistemler gibi, Mikrodalga sistemleri, hepsi dalga kılavuzları veya koaksiyel kablo veya iletim hattı sistemleriyle bağlanan, esas olarak bir ucunda kaynak ve diğerinde yük bulunan birçok Mikrodalga bileşeninden oluşur.

Dalga kılavuzlarının özellikleri aşağıdadır.

• Yüksek SNR
• Düşük zayıflama
• Daha düşük ekleme kaybı

Waveguide Mikrodalga Fonksiyonları

4 portlu bir dalga kılavuzu düşünün. Güç bir bağlantı noktasına uygulanırsa, bir kısmı aynı bağlantı noktasından geri yansıyan bazı oranlarda 3 bağlantı noktasının hepsinden geçer. Bu kavram aşağıdaki şekilde açıkça tasvir edilmiştir.

Saçılma Parametreleri

İki bağlantı noktalı bir ağ için, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi, güç bir bağlantı noktasına uygulanırsa, az önce tartıştığımız gibi, gücün çoğu diğer bağlantı noktasından kaçarken, bir kısmı aynı bağlantı noktasına geri yansır. Aşağıdaki şekilde, eğerV₁ veya V₂ uygulanır, sonra I₁ veya I₂ akım sırasıyla akar.

Kaynak karşı bağlantı noktasına uygulanırsa, iki kombinasyon daha dikkate alınacaktır. Bu nedenle, iki bağlantı noktalı bir ağ için, 2 × 2 = 4 kombinasyonların oluşması muhtemeldir.

Bağlantı noktalarından saçılırken ilişkili güçlere sahip hareket eden dalgalar, Mikrodalga birleşimi S-Parametreleri veya Scattering Parametersmatris biçiminde temsil edilen, "Scattering Matrix".

Saçılma Matrisi

Bir Mikrodalga bağlantısının çeşitli giriş ve çıkış portları arasındaki tüm güç ilişkileri kombinasyonlarını veren bir kare matristir. Bu matrisin elemanlarına"Scattering Coefficients" veya "Scattering (S) Parameters".

Aşağıdaki şekli düşünün.

Burada kaynak $ i ^ {th} $ hattı üzerinden bağlanırken, $ a_1 $ olay dalgası ve $ b_1 $ yansıyan dalgadır.

$ B_1 $ ile $ a_1 $ arasında bir ilişki verilirse,

$$ b_1 = (yansıma \: \: katsayı) a_1 = S_ {1i} a_1 $$

Nerede

• $ S_ {1i} $ = $ 1 ^ {st} $ satırının yansıtma katsayısı (burada $ i $ giriş bağlantı noktası ve $ 1 $ çıkış bağlantı noktasıdır)

• $ 1 $ = $ 1 ^ {st} $ satırından yansıma

• $ i $ = Kaynak $ i ^ {th} $ satırına bağlı

Empedans eşleşirse, güç yüke aktarılır. Yük empedansı karakteristik empedans ile uyuşmuyorsa olası değildir. Ardından yansıma gerçekleşir. Bu, eğer

$$ Z_l \ neq Z_o $$

Ancak, bu uyumsuzluk birden fazla bağlantı noktası için varsa, örneğin $ 'n' $ bağlantı noktaları, o zaman $ i = 1 $ - $ n $ (çünkü $ i $, $ 1 $ ile $ n $ arasındaki herhangi bir satır olabilir).

Bu nedenle, biz var

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

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

$$. $$

$$. $$

$$. $$

$$. $$

$$. $$

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

Bütün bunlar bir matris formunda tutulduğunda,

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

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

$ \ Left [b \ right] $ sütun matrisi yansıyan dalgalara veya çıktıya karşılık gelirken, $ \ left [a \ right] $ matrisi olay dalgalarına veya girdiye karşılık gelir. $ N \ times n $ sırasındaki saçılma sütun matrisi $ \ left [s \ right] $ yansıma katsayılarını ve iletim katsayılarını içerir. Bu nedenle,

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

[S] Matrisinin Özellikleri

Saçılma matrisi $ [S] $ matrisi olarak gösterilir. $ [S] $ matrisi için birkaç standart özellik vardır. Onlar -

• $ [S] $ her zaman kare bir sıra matrisidir (nxn)

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

• $ [S] $ simetrik bir matristir

  yani, $ S_ {ij} = S_ {ji} $

• $ [S] $ üniter bir matristir

  yani, $ [S] [S] ^ * = I $

• Herhangi bir satır veya sütunun her bir teriminin çarpımlarının toplamı, diğer herhangi bir satır veya sütunun karşılık gelen terimlerinin karmaşık eşleniğiyle çarpılır. yani

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

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

• $ K ^ {th} $ bağlantı noktası ile birleşim noktası arasındaki elektriksel uzaklık $ \ beta _kI_k $ ise, $ k $ 'ı içeren $ S_ {ij} $ katsayıları $ e ^ {faktörüyle çarpılacaktır - j \ beta kIk} $

Önümüzdeki birkaç bölümde, farklı Mikrodalga T bağlantı türlerine bir göz atacağız.

Bir E-Plane Tee bağlantısı, halihazırda iki portu olan dikdörtgen bir dalga kılavuzunun daha geniş boyutuna basit bir dalga kılavuzu eklenerek oluşturulur. Dikdörtgen dalga kılavuzlarının kolları,collinear ports yani, Port1 ve Port2, yenisi ise Port3 Yan kol olarak adlandırılır veya E-arm. E-uçak T'si aynı zamandaSeries Tee.

Yan kol ekseni elektrik alanına paralel olduğu için bu bağlantıya E-Plane Tee bağlantısı denir. Bu aynı zamandaVoltage veya Series junction. 1 ve 2 numaralı bağlantı noktaları birbirleriyle 180 ° faz dışıdır. E-düzlem tişörtün kesit detayları aşağıdaki şekilden anlaşılabilir.

Aşağıdaki şekil, paralel bağlantı noktasını oluşturmak için yan kol tarafından çift yönlü dalga kılavuzuna yapılan bağlantıyı göstermektedir.

E-Plane Tee Özellikleri

E-Düzlem T'nin özellikleri, $ [S] _ {3x3} $ matrisi ile tanımlanabilir.

3 olası giriş ve 3 olası çıkış olduğu için 3x3 bir matristir.

$ [S] = \ başla {bmatrix} S_ {11} & S_ {12} & S_ {13} \\ S_ {21} & S_ {22} & S_ {23} \\ S_ {31} & S_ {32 } & S_ {33} \ end {bmatrix} $ ........ Equation 1

Dağılım katsayıları $ S_ {13} $ ve $ S_ {23} $, 3 numaralı bağlantı noktasındaki bir girişle 180 ° faz dışıdır.

$ S_ {23} = -S_ {13} $........ Equation 2

Bağlantı noktası, kavşak ile mükemmel şekilde eşleşir.

$ S_ {33} = 0 $........ Equation 3

Simetrik özellikten,

$ S_ {ij} = S_ {ji} $

$ S_ {12} = S_ {21} \: \: S_ {23} = S_ {32} \: \: S_ {13} = S_ {31} $........ Equation 4

3 ve 4 denklemleri dikkate alındığında, $ [S] $ matrisi şu şekilde yazılabilir:

$ [S] = \ başla {bmatrix} S_ {11} & S_ {12} & S_ {13} \\ S_ {12} & S_ {22} & -S_ {13} \\ S_ {13} & -S_ {13} ve 0 \ end {bmatrix} $........ Equation 5

Simetri özelliği göz önüne alındığında dört bilinmeyene sahip olduğumuzu söyleyebiliriz.

Üniter mülkiyetten

$$ [S] [S] \ ast = [I] $$

$$ \ begin {bmatrix} S_ {11} & S_ {12} & S_ {13} \\ S_ {12} & S_ {22} & -S_ {13} \\ S_ {13} & -S_ {13} & 0 \ end {bmatrix} \: \ begin {bmatrix} S_ {11} ^ {*} & S_ {12} ^ {*} & S_ {13} ^ {*} \\ S_ {12} ^ {*} & S_ {22} ^ {*} & -S_ {13} ^ {*} \\ S_ {13} ^ {*} & -S_ {13} ^ {*} & 0 \ end {bmatrix} = \ begin { bmatrix} 1 & 0 & 0 \\ 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 1 \ end {bmatrix} $$

Çarparak elde ederiz,

(R'yi satır ve C'yi sütun olarak not ederek)

$ R_1C_1: S_ {11} S_ {11} ^ {*} + S_ {12} S_ {12} ^ {*} + S_ {13} S_ {13} ^ {*} = 1 $

$ \ left | S_ {11} \ sağ | ^ 2 + \ sol | S_ {11} \ sağ | ^ 2 + \ sol | S_ {11} \ sağ | ^ 2 = 1 $........ Equation 6

$ R_2C_2: \ sol | S_ {12} \ sağ | ^ 2 + \ sol | S_ {22} \ sağ | ^ 2 + \ sol | S_ {13} \ sağ | ^ 2 = 1 $......... Equation 7

$ R_3C_3: \ sol | S_ {13} \ sağ | ^ 2 + \ sol | S_ {13} \ sağ | ^ 2 = 1 $......... Equation 8

$ R_3C_1: S_ {13} S_ {11} ^ {*} - S_ {13} S_ {12} ^ {*} = 1 $ ......... Equation 9

Denklemleri 6 ve 7'yi eşitleyerek elde ederiz

$ S_ {11} = S_ {22} $ ......... Equation 10

Denklem 8'den,

$ 2 \ sol | S_ {13} \ right | ^ 2 \ quad veya \ quad S_ {13} = \ frac {1} {\ sqrt {2}} $......... Equation 11

Denklem 9'dan,

$ S_ {13} \ left (S_ {11} ^ {*} - S_ {12} ^ {*} \ sağ) $

Veya $ S_ {11} = S_ {12} = S_ {22} $ ......... Equation 12

6 denklemindeki 10, 11 ve 12 denklemlerini kullanarak,

biz alırız

$ \ left | S_ {11} \ sağ | ^ 2 + \ sol | S_ {11} \ sağ | ^ 2 + \ frac {1} {2} = 1 $

$ 2 \ sol | S_ {11} \ sağ | ^ 2 = \ frac {1} {2} $

Veya $ S_ {11} = \ frac {1} {2} $ ......... Equation 13

Yukarıdaki denklemlerdeki değerleri $ [S] $ matrisinde değiştirerek,

Biz alırız

$$ \ left [S \ right] = \ begin {bmatrix} \ frac {1} {2} & \ frac {1} {2} & \ frac {1} {\ sqrt {2}} \\ \ frac { 1} {2} & \ frac {1} {2} & - \ frac {1} {\ sqrt {2}} \\ \ frac {1} {\ sqrt {2}} & - \ frac {1} { \ sqrt {2}} & 0 \ end {bmatrix} $$

$ [B] $ = $ [S] [a] $ olduğunu biliyoruz

$$ \ begin {bmatrix} b_1 \\ b_2 \\ b_3 \ end {bmatrix} = \ begin {bmatrix} \ frac {1} {2} & \ frac {1} {2} & \ frac {1} {\ sqrt {2}} \\ \ frac {1} {2} & \ frac {1} {2} & - \ frac {1} {\ sqrt {2}} \\ \ frac {1} {\ sqrt {2 }} & - \ frac {1} {\ sqrt {2}} & 0 \ end {bmatrix} \ begin {bmatrix} a_1 \\ a_2 \\ a_3 \ end {bmatrix} $$

Bu, saçılma özelliklerini açıklayan E-Plane Tee için saçılma matrisidir.

Bir H-Plane Tee bağlantısı, halihazırda iki portu olan dikdörtgen bir dalga kılavuzuna basit bir dalga kılavuzu eklenerek oluşturulur. Dikdörtgen dalga kılavuzlarının kolları,collinear ports yani, Port1 ve Port2, yenisi ise Port3 Yan kol olarak adlandırılır veya H-arm. Bu H düzlemi Tee olarak da adlandırılırShunt Tee.

Yan kol ekseni manyetik alana paralel olduğu için bu bağlantıya H-Düzlem Tee bağlantısı denir. Bu aynı zamandaCurrent junctionManyetik alan kendisini kollara ayırdıkça. H-düzlemi tişörtünün kesit detayları aşağıdaki şekilden anlaşılabilir.

Aşağıdaki şekil, seri bağlantı noktasını oluşturmak için yan kol tarafından çift yönlü dalga kılavuzuna yapılan bağlantıyı göstermektedir.

H-Plane Tee'nin Özellikleri

H-Düzlem Te'nin özellikleri, $ \ left [S \ right] _ {3 \ times 3} $ matrisi ile tanımlanabilir.

3 olası giriş ve 3 olası çıkış olduğu için 3x3 bir matristir.

$ [S] = \ başla {bmatrix} S_ {11} & S_ {12} & S_ {13} \\ S_ {21} & S_ {22} & S_ {23} \\ S_ {31} & S_ {32 } & S_ {33} \ end {bmatrix} $ ........ Equation 1

$ S_ {13} $ ve $ S_ {23} $ saçılma katsayıları burada eşittir çünkü kavşak düzlemde simetriktir.

Simetrik özellikten,

$ S_ {ij} = S_ {ji} $

$ S_ {12} = S_ {21} \: \: S_ {23} = S_ {32} = S_ {13} \: \: S_ {13} = S_ {31} $

Bağlantı noktası mükemmel şekilde eşleşiyor

$ S_ {33} = 0 $

Şimdi $ [S] $ matrisi şu şekilde yazılabilir:

$ [S] = \ başla {bmatrix} S_ {11} & S_ {12} & S_ {13} \\ S_ {12} & S_ {22} & S_ {13} \\ S_ {13} & S_ {13 } & 0 \ end {bmatrix} $ ........ Equation 2

Simetri özelliği göz önüne alındığında dört bilinmeyene sahip olduğumuzu söyleyebiliriz.

Üniter mülkiyetten

$$ [S] [S] \ ast = [I] $$

$$ \ begin {bmatrix} S_ {11} & S_ {12} & S_ {13} \\ S_ {12} & S_ {22} & S_ {13} \\ S_ {13} & S_ {13} & 0 \ end {bmatrix} \: \ begin {bmatrix} S_ {11} ^ {*} & S_ {12} ^ {*} & S_ {13} ^ {*} \\ S_ {12} ^ {*} ve S_ {22} ^ {*} & S_ {13} ^ {*} \\ S_ {13} ^ {*} & S_ {13} ^ {*} & 0 \ end {bmatrix} = \ begin {bmatrix} 1 & 0 & 0 \\ 0 ve 1 ve 0 \\ 0 ve 0 ve 1 \ end {bmatrix} $$

Çarparak elde ederiz,

(R'yi satır ve C'yi sütun olarak not ederek)

$ R_1C_1: S_ {11} S_ {11} ^ {*} + S_ {12} S_ {12} ^ {*} + S_ {13} S_ {13} ^ {*} = 1 $

$ \ left | S_ {11} \ sağ | ^ 2 + \ sol | S_ {12} \ sağ | ^ 2 + \ sol | S_ {13} \ sağ | ^ 2 = 1 $........ Equation 3

$ R_2C_2: \ sol | S_ {12} \ sağ | ^ 2 + \ sol | S_ {22} \ sağ | ^ 2 + \ sol | S_ {13} \ sağ | ^ 2 = 1 $......... Equation 4

$ R_3C_3: \ sol | S_ {13} \ sağ | ^ 2 + \ sol | S_ {13} \ sağ | ^ 2 = 1 $......... Equation 5

$ R_3C_1: S_ {13} S_ {11} ^ {*} - S_ {13} S_ {12} ^ {*} = 0 $ ......... Equation 6

$ 2 \ sol | S_ {13} \ right | ^ 2 = 1 \ quad veya \ quad S_ {13} = \ frac {1} {\ sqrt {2}} $......... Equation 7

$ \ left | S_ {11} \ sağ | ^ 2 = \ sol | S_ {22} \ sağ | ^ 2 $

$ S_ {11} = S_ {22} $ ......... Equation 8

Denklem 6'dan $ S_ {13} \ left (S_ {11} ^ {*} + S_ {12} ^ {*} \ right) = 0 $

Beri, $ S_ {13} \ neq 0, S_ {11} ^ {*} + S_ {12} ^ {*} = 0, \: veya \: S_ {11} ^ {*} = -S_ {12} ^ {*} $

Veya $ S_ {11} = -S_ {12} \: \: veya \: \: S_ {12} = -S_ {11} $......... Equation 9

Bunları denklem 3'te kullanarak,

Beri, $ S_ {13} \ neq 0, S_ {11} ^ {*} + S_ {12} ^ {*} = 0, \: veya \: S_ {11} ^ {*} = -S_ {12} ^ {*} $

$ \ left | S_ {11} \ sağ | ^ 2 + \ sol | S_ {11} \ right | ^ 2 + \ frac {1} {2} = 1 \ quad veya \ quad 2 \ left | S_ {11} \ right | ^ 2 = \ frac {1} {2} \ quad veya \ quad S_ {11} = \ frac {1} {2} $..... Equation 10

Denklem 8 ve 9'dan,

$ S_ {12} = - \ frac {1} {2} $......... Equation 11

$ S_ {22} = \ frac {1} {2} $......... Equation 12

Denklem 2'deki 7 ve 10, 11 ve 12 numaralı denklemlerden $ S_ {13} $, $ S_ {11} $, $ S_ {12} $ ve $ S_ {22} $ yerine

Biz alırız

$$ \ left [S \ right] = \ begin {bmatrix} \ frac {1} {2} & - \ frac {1} {2} & \ frac {1} {\ sqrt {2}} \\ - \ frac {1} {2} & \ frac {1} {2} & \ frac {1} {\ sqrt {2}} \\ \ frac {1} {\ sqrt {2}} & \ frac {1} { \ sqrt {2}} & 0 \ end {bmatrix} $$

$ [B] $ = $ [s] [a] $ olduğunu biliyoruz

$$ \ begin {bmatrix} b_1 \\ b_2 \\ b_3 \ end {bmatrix} = \ begin {bmatrix} \ frac {1} {2} & - \ frac {1} {2} & \ frac {1} { \ sqrt {2}} \\ - \ frac {1} {2} & \ frac {1} {2} & \ frac {1} {\ sqrt {2}} \\ \ frac {1} {\ sqrt { 2}} & \ frac {1} {\ sqrt {2}} & 0 \ end {bmatrix} \ begin {bmatrix} a_1 \\ a_2 \\ a_3 \ end {bmatrix} $$

Bu, saçılma özelliklerini açıklayan H-Düzlem Te için saçılma matrisidir.

Bir EH Düzlem Te bağlantısı, iki basit dalga kılavuzunun bir paralel ve diğer seri halihazırda iki portu olan dikdörtgen bir dalga kılavuzuna bağlanmasıyla oluşturulur. Bu aynı zamandaMagic Teeveya Hybrid veya 3dB coupler.

Dikdörtgen dalga kılavuzlarının kolları, collinear ports yani, Port 1 ve Port 2, Port 3 ise H-Arm veya Sum port veya Parallel port. Bağlantı noktası 4 olarak adlandırılırE-Arm veya Difference port veya Series port.

Magic Tee'nin kesit detayları aşağıdaki şekilden anlaşılabilir.

Aşağıdaki şekil, hem paralel hem de seri portlar oluşturmak için yan kollar tarafından çift yönlü dalga kılavuzuna yapılan bağlantıyı göstermektedir.

EH Düzlem Te'nin Özellikleri

• Port 1 ve port 2'ye eşit faz ve büyüklükte bir sinyal gönderilirse, port 4'teki çıktı sıfırdır ve port 3'teki çıktı, hem port 1 hem de 2'nin toplamı olacaktır.

• Bağlantı noktası 4'e (E-arm) bir sinyal gönderilirse güç, bağlantı noktası 1 ve 2 arasında eşit olarak ancak ters fazda bölünür, ancak bağlantı noktası 3'te çıkış olmaz. Dolayısıyla, $ S_ {34} $ = 0 .

• Bağlantı noktası 3'te bir sinyal beslenirse, güç bağlantı noktası 1 ve 2 arasında eşit olarak bölünürken, bağlantı noktası 4'te çıkış olmaz. Dolayısıyla, $ S_ {43} $ = 0.

• Eşdoğrusal bağlantı noktalarından birine bir sinyal beslenirse, E-kolu bir faz gecikmesi ürettiğinden ve H-kolu bir faz ilerlemesi ürettiğinden, diğer eşdoğrusal bağlantı noktasında hiçbir çıkış görünmez. Yani, $ S_ {12} $ = $ S_ {21} $ = 0.

EH Plane Tee Özellikleri

EH Düzlem T'nin özellikleri, $ \ left [S \ right] _ {4 \ times 4} $ matrisi ile tanımlanabilir.

4 olası giriş ve 4 olası çıkış olduğu için 4 × 4 bir matristir.

$ [S] = \ başla {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

H-Plane Tee bölümüne sahip olduğu için

$ S_ {23} = S_ {13} $........ Equation 2

E-Plane Tee bölümüne sahip olduğu için

$ S_ {24} = -S_ {14} $........ Equation 3

E-Arm portu ve H-Arm portu o kadar izole edilmiştir ki, birine bir giriş uygulanırsa diğeri bir çıkış sağlamaz. Bu nedenle, bu şu şekilde not edilebilir:

$ S_ {34} = S_ {43} = 0 $........ Equation 4

Simetri özelliğinden, elimizde

$ 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

3 ve 4 numaralı bağlantı noktaları bağlantı ile mükemmel şekilde eşleşirse,

$ S_ {33} = S_ {44} = 0 $........ Equation 6

$ [S] $ matrisini elde etmek için denklem 1'deki yukarıdaki denklemlerin hepsini değiştirerek,

$ [S] = \ başla {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

Üniter mülkten, $ [S] [S] ^ \ ast = [I] $

$ \ başla {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} ^ {*} ve S_ {13} ^ {*} ve -S_ {14} ^ {*} \\ S_ {13} & S_ {13} & 0 & 0 \\ S_ {14} & -S_ {14} & 0 & 0 \ end {bmatrix} $

$ = \ başla {bmatrix} 1 & 0 & 0 & 0 \\ 0 & 1 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 0 & 1 \ end {bmatrix} $

$ R_1C_1: \ sol | S_ {11} \ sağ | ^ 2 + \ sol | S_ {12} \ sağ | ^ 2 + \ sol | S_ {13} \ sağ | ^ 2 = 1 + \ sol | S_ {14} \ sağ | ^ 2 = 1 $......... Equation 8

$ R_2C_2: \ sol | S_ {12} \ sağ | ^ 2 + \ sol | S_ {22} \ sağ | ^ 2 + \ sol | S_ {13} \ sağ | ^ 2 = 1 + \ sol | S_ {14} \ sağ | ^ 2 = 1 $......... Equation 9

$ R_3C_3: \ sol | S_ {13} \ sağ | ^ 2 + \ sol | S_ {13} \ sağ | ^ 2 = 1 $......... Equation 10

$ R_4C_4: \ sol | S_ {14} \ sağ | ^ 2 + \ sol | S_ {14} \ sağ | ^ 2 = 1 $......... Equation 11

10 ve 11 denklemlerinden şunu elde ederiz

$ S_ {13} = \ frac {1} {\ sqrt {2}} $........ Equation 12

$ S_ {14} = \ frac {1} {\ sqrt {2}} $........ Equation 13

8 ve 9 denklemlerini karşılaştırdığımızda

$ S_ {11} = S_ {22} $ ......... Equation 14

Bu değerleri 12 ve 13 denklemlerinden kullanarak elde ederiz

$ \ left | S_ {11} \ sağ | ^ 2 + \ sol | S_ {12} \ right | ^ 2 + \ frac {1} {2} + \ frac {1} {2} = 1 $

$ \ left | S_ {11} \ sağ | ^ 2 + \ sol | S_ {12} \ sağ | ^ 2 = 0 $

$ S_ {11} = S_ {22} = 0 $ ......... Equation 15

Denklem 9'dan $ S_ {22} = 0 $ elde ederiz ......... Equation 16

Şimdi, 1 ve 2 numaralı bağlantı noktalarının bağlantı ile mükemmel şekilde eşleştiğini anlıyoruz. Bu 4 bağlantı noktalı bir bağlantı olduğundan, iki bağlantı noktası mükemmel şekilde eşleştiğinde, diğer iki bağlantı noktası da bağlantıyla mükemmel şekilde eşleşir.

Dört bağlantı noktasının tümünün mükemmel şekilde eşleştiği bağlantı noktasına Magic Tee Junction denir.

Denklem 7'nin $ [S] $ matrisinde 12'den 16'ya kadar olan denklemleri değiştirerek, Magic Tee'nin saçılma matrisini şu şekilde elde ederiz:

$$ [S] = \ begin {bmatrix} 0 & 0 & \ frac {1} {2} & \ frac {1} {\ sqrt {2}} \\ 0 & 0 & \ frac {1} {2} & - \ frac {1} {\ sqrt {2}} \\ \ frac {1} {\ sqrt {2}} & \ frac {1} {\ sqrt {2}} & 0 & 0 \\ \ frac {1} {\ sqrt {2}} & - \ frac {1} {\ sqrt {2}} & 0 & 0 \ end {bmatrix} $$

$ [B] $ = $ [S] [a] $ olduğunu zaten biliyoruz

Yukarıdakileri yeniden yazarak,

$$ \ begin {vmatrix} b_1 \\ b_2 \\ b_3 \\ b_4 \ end {vmatrix} = \ begin {bmatrix} 0 & 0 & \ frac {1} {2} & \ frac {1} {\ sqrt {2} } \\ 0 & 0 & \ frac {1} {2} & - \ frac {1} {\ sqrt {2}} \\ \ frac {1} {\ sqrt {2}} & \ frac {1} {\ sqrt {2}} & 0 & 0 \\ \ frac {1} {\ sqrt {2}} & - \ frac {1} {\ sqrt {2}} & 0 & 0 \ end {bmatrix} \ begin {vmatrix} a_1 \ \ a_2 \\ a_3 \\ a_4 \ end {vmatrix} $$

EH Plane Tee Uygulamaları

EH Plane Tee'nin en yaygın uygulamalarından bazıları aşağıdaki gibidir -

• Empedansı ölçmek için EH Düzlem bağlantısı kullanılır - Mikrodalga kaynağı H-Arm portuna bağlıyken E-Arm portuna bir boş detektör bağlanır. Bu bağlantı noktaları ile birlikte eşdoğrusal bağlantı noktaları bir köprü oluşturur ve empedans ölçümü köprü dengelenerek yapılır.

• EH Plane Tee, duplexer olarak kullanılır - Duplexer, her iki amaç için de tek bir anten kullanarak hem verici hem de alıcı olarak çalışan bir devredir. Port 1 ve 2, izole edildikleri ve dolayısıyla karışmayacakları alıcı ve verici olarak kullanılır. Anten, E-Arm portuna bağlanır. H-Arm portuna yansıma sağlamayan eşleşen bir yük bağlanır. Artık herhangi bir sorun olmadan gönderme veya alma var.

• EH Plane Tee, mikser olarak kullanılır - E-Arm portu anten ile bağlanır ve H-Arm portu yerel osilatöre bağlanır. Port 2, yansıması olmayan eşleşen bir yüke sahiptir ve port 1, IF frekansını üretmek için sinyal gücünün yarısını ve osilatör gücünün yarısını alan karıştırıcı devresine sahiptir.

Yukarıdaki uygulamalara ek olarak, bir EH Düzlem Te bağlantısı ayrıca Mikrodalga köprüsü, Mikrodalga ayırıcı vb. Olarak kullanılır.

Bu mikrodalga cihaz, iki sinyali faz farkı olmaksızın birleştirmek ve yol farkı olan sinyallerden kaçınmak gerektiğinde kullanılır.

Normal bir üç portlu Tee bağlantısı alınır ve buna bir hız yarışı kavşağı yapmak için dördüncü bir port eklenir. Bu bağlantı noktalarının tümü, seri veya paralel bağlantılar kullanılarak eşit aralıklarla açısal halka şeklinde bağlanmıştır.

Toplam yarışın ortalama çevresi 1.5λ'dır ve dört portun her biri λ / 4 mesafesiyle ayrılmıştır. Aşağıdaki şekil, bir Fare yarışı kavşağının görüntüsünü göstermektedir.

Bir Fare yarışı kavşağının işleyişini anlamak için birkaç durumu ele alalım.

Dava 1

Giriş gücü bağlantı noktası 1'de uygulanırsa, eşit olarak iki bağlantı noktasına bölünür, ancak bağlantı noktası 2 için saat yönünde ve bağlantı noktası 4 için saat yönünün tersi yönde. Bağlantı noktası 3'te kesinlikle çıkış yoktur.

Bunun nedeni, 2 ve 4 numaralı bağlantı noktalarında güçler fazda birleşirken, 3 numaralı bağlantı noktasında λ / 2 yol farkından dolayı iptal meydana gelir.

Durum 2

Giriş gücü bağlantı noktası 3'e uygulanırsa, güç eşit olarak bağlantı noktası 2 ve bağlantı noktası 4 arasında bölünür. Ancak bağlantı noktası 1'de çıkış olmayacaktır.

Durum 3

Bağlantı noktası 1'in kendisine iki eşit olmayan sinyal uygulanırsa, çıkış, bağlantı noktası 2 ve 4 arasında bölünen iki giriş sinyalinin toplamı ile orantılı olacaktır. Şimdi 3. bağlantı noktasında diferansiyel çıkış belirir.

Sıçan yarışı kavşağı için Saçılma Matrisi şu şekilde temsil edilir:

$$ [S] = \ başla {bmatrix} 0 & S_ {12} & 0 & S_ {14} \\ S_ {21} & 0 & S_ {23} & 0 \\ 0 & S_ {32} & 0 & S_ {34} \ \ S_ {41} & 0 & S_ {43} & 0 \ end {bmatrix} $$

Uygulamalar

Sıçan yarışı kavşağı, iki sinyali birleştirmek ve bir sinyali ikiye bölmek için kullanılır.

Bir Directional couplerölçüm amacıyla az miktarda Mikrodalga gücünü örnekleyen bir cihazdır. Güç ölçümleri, gelen gücü, yansıyan gücü, VSWR değerlerini vb. İçerir.

Yönlü Bağlayıcı, birincil ana dalga kılavuzu ve ikincil yardımcı dalga kılavuzundan oluşan 4 portlu bir dalga kılavuzu bağlantı noktasıdır. Aşağıdaki şekil, yönlü bir kuplörün görüntüsünü göstermektedir.

Yönlü kuplör, tek yönlü veya çift yönlü olabilen Mikrodalga gücünü birleştirmek için kullanılır.

Yönlü Bağlayıcıların Özellikleri

İdeal bir yönlü kuplörün özellikleri aşağıdaki gibidir.

• Tüm sonlandırmalar bağlantı noktalarına uygun hale getirilmiştir.

• Güç, Bağlantı Noktası 1'den Bağlantı Noktası 2'ye gittiğinde, bir kısmı Bağlantı Noktası 4'e bağlanır, ancak Bağlantı Noktası 3'e bağlanmaz.

• Aynı zamanda iki yönlü bir kuplör olduğu için, güç Bağlantı Noktası 2'den Bağlantı Noktası 1'e gittiğinde, bir kısmı Bağlantı Noktası 3'e bağlanır, ancak Bağlantı Noktası 4'e bağlanmaz.

• Güç, Bağlantı Noktası 3'ten gelirse, bir kısmı Bağlantı Noktası 2'ye bağlanır, ancak Bağlantı Noktası 1'e bağlanmaz.

• Güç, Bağlantı Noktası 4'ten gelirse, bir kısmı Bağlantı Noktası 1'e bağlanır, ancak Bağlantı Noktası 2'ye bağlanmaz.

• Port 1 ve 3, Port 2 ve Port 4 olarak ayrılmıştır.

İdeal olarak, Port 3'ün çıktısı sıfır olmalıdır. Bununla birlikte, pratik olarak, az miktarda güç denilenback power Port 3'te gözlemlenir. Aşağıdaki şekil, yönlü bir kuplördeki güç akışını gösterir.

Nerede

• $ P_i $ = Bağlantı Noktası 1'de olay gücü

• $ P_r $ = Port 2'de alınan güç

• $ P_f $ = Port 4'te ileri bağlı güç

• $ P_b $ = Bağlantı Noktası 3'te arka güç

Yönlü kuplörün performansını tanımlamak için kullanılan parametreler aşağıdadır.

Birleştirme Faktörü (C)

Yönlü kuplörün kuplaj faktörü, dB cinsinden ölçülen gelen gücün ileri güce oranıdır.

$$ C = 10 \: log_ {10} \ frac {P_i} {P_f} dB $$

Yönlülük (D)

Yönlü kuplörün Yönlülüğü, dB cinsinden ölçülen ileri gücün arka güce oranıdır.

$$ D = 10 \: log_ {10} \ frac {P_f} {P_b} dB $$

İzolasyon

Yönlü kuplörün yönerge özelliklerini tanımlar. Bu, dB cinsinden ölçülen, olay gücünün arka güce oranıdır.

$$ I = 10 \: log_ {10} \ frac {P_i} {P_b} dB $$

Isolation in dB = Coupling factor + Directivity

İki Delikli Yönlü Bağlayıcı

Bu, aynı ana ve yardımcı dalga kılavuzlarına sahip, ancak aralarında ortak olan iki küçük deliğe sahip bir yönlü kuplördür. Bu delikler, λg'nin kılavuz dalga boyu olduğu $ {\ lambda_g} / {4} $ uzaklıktır. Aşağıdaki şekil, iki delikli bir yönlü kuplörün görüntüsünü göstermektedir.

İki delikli, yönlü kuplör, arka gücü önlemek için ideal yönlü kuplör gereksinimini karşılamak üzere tasarlanmıştır. Port 1 ve Port 2 arasında seyahat ederken gücün bir kısmı, 1 ve 2 numaralı deliklerden kaçar.

Gücün büyüklüğü, deliklerin boyutlarına bağlıdır. Her iki delikteki bu kaçak güç, ileri güce katkıda bulunan gücü ekleyerek delik 2'de fazdadır.P_f. Ancak delik 1'de faz dışıdır, birbirini iptal eder ve geri gücün oluşmasını engeller.

Dolayısıyla, yönlü bir kuplörün yönlülüğü gelişir.

Waveguide Eklemleri

Bir dalga kılavuzu sistemi her zaman tek bir parça halinde kurulamayacağından, bazen farklı dalga kılavuzlarına katılmak gerekir. Bu birleştirme, - Yansıma etkileri, duran dalgaların oluşması ve zayıflamanın artırılması, vb. Gibi sorunları önlemek için dikkatlice yapılmalıdır.

Dalga kılavuzu eklemleri düzensizliklerden kaçınmanın yanı sıra onları etkilemeyerek E ve H alan modellerine de dikkat etmelidir. Cıvatalı flanş, flanş bağlantısı, jikle bağlantısı, vb. Gibi birçok dalga kılavuzu bağlantısı türü vardır.

Mikrodalgaların üretimi ve amplifikasyonu için bazı özel tüplere ihtiyaç vardır. Microwave tubes. Hepsini,Klystron önemli biridir.

Klystron'un temel unsurları elektron ışınları ve boşluk rezonatörleridir. Elektron ışınları bir kaynaktan üretilir ve boşluk klistronları sinyalleri yükseltmek için kullanılır. Sonunda elektronları toplamak için bir toplayıcı bulunur. Tüm kurulum aşağıdaki şekilde gösterildiği gibidir.

Katot tarafından yayılan elektronlar ilk rezonatöre doğru hızlandırılır. Uçtaki kolektör, rezonatör ile aynı potansiyeldedir. Bu nedenle, genellikle elektronlar, boşluk rezonatörleri arasındaki boşlukta sabit bir hıza sahiptir.

Başlangıçta, birinci boşluk rezonatörü, güçlendirilmesi gereken zayıf bir yüksek frekans sinyali ile beslenir. Sinyal, boşluğun içinde bir elektromanyetik alan başlatacaktır. Bu sinyal, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi bir koaksiyel kablodan geçirilir.

Bu alan nedeniyle, boşluk rezonatöründen geçen elektronlar modüle edilir. İkinci rezonatöre vardıklarında, elektronlar aynı frekansta başka bir EMF ile indüklenir. Bu alan, ikinci boşluktan büyük bir sinyal alacak kadar güçlüdür.

Boşluk Rezonatörü

Önce yapısal detayları ve bir boşluklu rezonatörün çalışmasını anlamaya çalışalım. Aşağıdaki şekil boşluk rezonatörünü göstermektedir.

Bir kapasitör ve bir endüktif döngüden oluşan basit bir rezonans devresi, bu boşluklu rezonatör ile karşılaştırılabilir. Bir iletkenin serbest elektronları vardır. Kapasitöre bu polaritede bir gerilime şarj edilmesi için bir yük uygulanırsa, birçok elektron üst plakadan çıkarılır ve alt plakaya verilir.

Daha fazla elektron birikimine sahip olan plaka katot, daha az elektron içeren plaka ise anot olur. Aşağıdaki şekil, kapasitör üzerindeki yük birikimini göstermektedir.

Elektrik alan çizgileri pozitif yükten negatife doğru yönlendirilir. Kondansatör ters polarite ile yüklenirse, alanın yönü de tersine çevrilir. Tüp içindeki elektronların yer değiştirmesi, alternatif bir akım oluşturur. Bu alternatif akım, kapasitörün elektrik alanı ile faz dışı olan alternatif manyetik alana yol açar.

Manyetik alan maksimum kuvvetinde olduğunda elektrik alan sıfır olur ve bir süre sonra manyetik alan sıfırda iken elektrik alan maksimum olur. Bu güç alışverişi bir döngü için gerçekleşir.

Kapalı Rezonatör

Kapasitörün değeri ve döngünün endüktansı ne kadar küçükse, salınım veya rezonans frekansı o kadar yüksek olacaktır. Döngünün endüktansı çok küçük olduğundan, yüksek frekans elde edilebilir.

Daha yüksek frekanslı sinyal üretmek için, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi daha fazla endüktif döngüyü paralel olarak yerleştirerek endüktans daha da azaltılabilir. Bu, çok yüksek frekanslara sahip kapalı bir rezonatör oluşumuyla sonuçlanır.

Kapalı bir rezonatörde, elektrik ve manyetik alanlar boşluğun iç kısmıyla sınırlıdır. Boşluğun ilk rezonatörü, yükseltilecek harici sinyal tarafından uyarılır. Bu sinyal, boşluğun rezonansa girebileceği bir frekansa sahip olmalıdır. Bu koaksiyel kablodaki akım, bir elektrik alanının kaynaklandığı bir manyetik alan oluşturur.

Klystron'un Çalışması

İlk boşluğa giren elektron ışınının modülasyonunu anlamak için elektrik alanını ele alalım. Rezonatör üzerindeki elektrik alan, indüklenen alanın yönünü değiştirmeye devam eder. Buna bağlı olarak, elektron tabancasından çıkan elektronların hızları kontrol edilir.

Elektronlar negatif yüklü olduklarından, elektrik alanın yönünün tersine hareket ettirildiklerinde hızlanırlar. Ayrıca, elektronlar elektrik alanı ile aynı yönde hareket ederse, yavaşlarlar. Bu elektrik alan değişmeye devam eder, bu nedenle alanın değişmesine bağlı olarak elektronlar hızlanır ve yavaşlar. Aşağıdaki şekil alan ters yönde olduğunda elektron akışını gösterir.

Hareket halindeyken, bu elektronlar, drift spaceelektron demetleri oluşturan değişken hızlara sahip rezonatörler arasında. Bu demetler, seyahat hızındaki farklılıklar nedeniyle oluşturulur.

Bu demetler, birinci rezonatörün salındığı frekansa karşılık gelen bir frekansla ikinci rezonatöre girer. Tüm boşluk rezonatörleri aynı olduğundan, elektronların hareketi ikinci rezonatörün salınım yapmasını sağlar. Aşağıdaki şekil elektron demetlerinin oluşumunu göstermektedir.

İkinci rezonatördeki indüklenen manyetik alan, koaksiyel kabloda bir miktar akımı indükleyerek çıkış sinyalini başlatır. İkinci boşluktaki elektronların kinetik enerjisi birinci boşluktakilere hemen hemen eşittir ve bu nedenle boşluktan enerji alınmaz.

Elektronlar, ikinci boşluktan geçerken, elektron demetleri yavaşlarken, birkaçı hızlandırılır. Bu nedenle, tüm kinetik enerji, çıkış sinyalini üretmek için elektromanyetik enerjiye dönüştürülür.

Bu tür iki boşluklu Klystron'un amplifikasyonu düşüktür ve bu nedenle çok boşluklu Klystronlar kullanılır.

Aşağıdaki şekil, çok boşluklu Klystron amplifikatörünün bir örneğini göstermektedir.

Birinci boşlukta uygulanan sinyal ile ikinci boşlukta zayıf demetler elde ederiz. Bunlar üçüncü boşlukta daha konsantre demetler üreten vb. Bir alan oluşturacaktır. Bu nedenle, amplifikasyon daha büyüktür.

Bu mikrodalga jeneratör, değişken frekansa sahip tek bir boşlukta yansımalar ve salınımlar üzerinde çalışan bir Klystron'dur.

Reflex Klystron, bir elektron tabancası, bir katot filamenti, bir anot boşluğu ve katot potansiyelinde bir elektrottan oluşur. Düşük güç sağlar ve verimliliği düşüktür.

Reflex Klystron İnşaatı

Elektron tabancası, anot boşluğundaki boşluktan geçen elektron ışını yayar. Bu elektronlar, yüksek negatif potansiyelde olan Repeller elektroduna doğru hareket eder. Yüksek negatif alan nedeniyle, elektronlar anot boşluğuna geri itilir. Dönüş yolculuklarında elektronlar boşluğa daha fazla enerji verir ve bu salınımlar sürdürülür. Bu refleks klistronun yapısal detayları aşağıdaki şekilde gösterildiği gibidir.

Tüpte salınımların halihazırda var olduğu ve bunun çalışmasıyla devam ettiği varsayılmaktadır. Elektronlar anot boşluğundan geçerken bir miktar hız kazanır.

Reflex Klystron'un Çalışması

Reflex Klystron'un işleyişi bazı varsayımlarla anlaşılmaktadır. Elektron ışını anot boşluğuna doğru hızlandırılır.

Bir referans elektron olduğunu varsayalım e_ranot boşluğunu geçer, ancak fazladan hızı yoktur ve Repeller elektroduna ulaştıktan sonra aynı hızda geri itilir. Diyelim ki başka bir elektrone_e Bu referans elektrondan daha önce başlayan, Kovucuya ilk ulaşır, ancak yavaşça geri döner ve referans elektron ile aynı zamanda ulaşır.

Başka bir elektronumuz var, geç elektron e_l, her ikisinden de sonra başlar e_r ve e_eancak, geri dönerken daha büyük bir hızla hareket eder ve er ve ee ile aynı anda ulaşır.

Şimdi, bu üç elektron, yani e_r, e_e ve e_l boşluğa aynı anda ulaşmak, bir electron bunch. Bu seyahat süresinetransit timeoptimum bir değere sahip olması gereken. Aşağıdaki şekil bunu göstermektedir.

Anot boşluğu elektronları giderken hızlandırır ve dönüş yolculuğu sırasında elektronları geciktirerek enerjilerini kazanır. Boşluk voltajı maksimum pozitif olduğunda, bu maksimum negatif elektronların geciktirilmesine izin verir.

Optimum geçiş süresi şu şekilde temsil edilir:

$$ T = n + \ frac {3} {4} \ quad burada \: n \: \: bir \: tamsayı $$

Bu geçiş süresi, Kovucu ve anot voltajlarına bağlıdır.

Reflex Klystron Uygulamaları

Reflex Klystron, aşağıdaki gibi değişken frekansın istendiği uygulamalarda kullanılır:

• Radyo alıcıları
• Taşınabilir mikrodalga bağlantıları
• Parametrik yükselteçler
• Mikrodalga alıcılarının yerel osilatörleri
• Mikrodalga jeneratörlerinde değişken frekansın istendiği bir sinyal kaynağı olarak.

Gezici dalga tüpleri, Klystrons gibi kavite rezonatörleri olmayan geniş bant mikrodalga cihazlarıdır. Amplifikasyon, bir elektron ışını ile Radyo Frekansı (RF) alanı arasındaki uzun süreli etkileşim yoluyla yapılır.

Gezici Dalga Tüpünün Yapısı

Hareketli dalga tüpü, bir katot tüpünden bir elektron tabancası içeren silindirik bir yapıdır. Anot plakaları, helis ve bir toplayıcıya sahiptir. RF girişi sarmalın bir ucuna gönderilir ve çıktı sarmalın diğer ucundan çekilir.

Bir elektron tabancası, ışık hızıyla bir elektron demetine odaklanır. Manyetik bir alan, ışını saçılmadan odaklanmaya yönlendirir. RF alanı ayrıca bir sarmal tarafından yavaşlatılan ışık hızıyla da yayılır. Helix, yavaş bir dalga yapısı görevi görür. Helezonda yayılan uygulanan RF alanı, sarmalın merkezinde bir elektrik alanı oluşturur.

Uygulanan RF sinyaline bağlı olarak ortaya çıkan elektrik alanı, ışık hızının sarmal yüksekliğinin sarmal çevresine oranıyla çarpılarak hareket eder. Sarmal boyunca hareket eden elektron ışınının hızı, sarmal üzerindeki RF dalgalarına enerji verir.

Aşağıdaki şekil, hareket eden bir dalga tüpünün yapısal özelliklerini açıklamaktadır.

Böylece, yükseltilmiş çıkış TWT'nin çıkışında elde edilir. Eksenel faz hızı $ V_p $ şu şekilde temsil edilir:

$$ V_p = V_c \ left ({Pitch} / {2 \ pi r} \ sağ) $$

Nerede rsarmalın yarıçapıdır. Sarmal $ V_p $ faz hızında en az değişikliği sağladığından, TWT için diğer yavaş dalga yapılarına göre tercih edilir. TWT'de elektron tabancası, elektron demetini anot plakaları arasındaki boşlukta, daha sonra toplayıcıda toplanan sarmala odaklar. Aşağıdaki şekil, hareket eden bir dalga tüpündeki elektrot düzenlemelerini açıklamaktadır.

Gezici Dalga Tüpünün Çalışması

Anot plakaları, sıfır potansiyelde olduğunda, yani eksenel elektrik alan bir düğümde olduğunda, elektron ışını hızı etkilenmeden kalır. Eksenel elektrik alanındaki dalga pozitif antinodda olduğunda, elektron demetinden gelen elektron ters yönde hareket eder. Hızlanan bu elektron, RF eksenel alanının düğümüyle karşılaşan geç elektronu yakalamaya çalışır.

RF eksenel alanının negatif antinodda olduğu noktada, daha önce atıfta bulunulan elektron, olumsuz alan etkisi nedeniyle geçmeye çalışır. Elektronlar modüle edilmiş hız alır. Kümülatif bir sonuç olarak, sarmalda ikinci bir dalga indüklenir. Çıkış, girişten daha büyük hale gelir ve amplifikasyonla sonuçlanır.

Gezici Dalga Tüpünün Uygulamaları

Gezici bir dalga tüpünün birçok uygulaması vardır.

• TWT, mikrodalga alıcılarında düşük gürültülü bir RF amplifikatörü olarak kullanılır.

• TWT'ler ayrıca, düşük sinyalleri yükseltmek için tekrarlayıcı amplifikatörler veya ara amplifikatörler olarak geniş bantlı iletişim bağlantılarında ve koaksiyel kablolarda kullanılır.

• TWT'ler, iletişim uydularında güç çıkış tüpleri olarak kullanıldıkları için uzun bir tüp ömrüne sahiptir.

• Troposcatter bağlantılarında, büyük güç ve büyük bant genişlikleri nedeniyle, büyük mesafelere dağılmak için sürekli dalga yüksek güçlü TWT'ler kullanılır.

• TWT'ler yüksek güçlü darbeli radarlarda ve yer tabanlı radarlarda kullanılır.

Şimdiye kadar tartışılan tüplerin aksine, Magnetronlar, elektrik ve manyetik alanların kesiştiği, yani birbirine dik uzandığı çapraz alan tüpleridir. TWT'de, elektronların RF ile Klystron'dan daha uzun süre etkileşime girmesi durumunda daha yüksek verimlilikle sonuçlandığı gözlemlendi. Magnetrons'da da aynı teknik izlenir.

Magnetron Türleri

Üç ana tip Magnetron vardır.

Negatif Direnç Tipi

• İki anot segmenti arasındaki negatif direnç kullanılır.
• Verimleri düşüktür.
• Düşük frekanslarda (<500 MHz) kullanılırlar.

Siklotron Frekans Magnetronları

• Elektrik bileşeni ile salınan elektronlar arasındaki senkronizasyon dikkate alınır.

• 100 MHz'den yüksek frekanslar için kullanışlıdır.

Gezici Dalga veya Boşluk Tipi

• Elektronlar ve dönen EM alanı arasındaki etkileşim dikkate alınır.

• Yüksek tepe güç salınımları sağlanır.

• Radar uygulamalarında kullanışlıdır.

Boşluk Magnetron

Magnetron, Cavity Magnetron olarak adlandırılır çünkü anot, rezonans boşluklarına dönüştürülür ve her ikisinin de hareketinin cihazı çalıştırdığı güçlü bir manyetik alan oluşturmak için kalıcı bir mıknatıs kullanılır.

Cavity Magnetron İnşaatı

Merkezde kalın bir silindirik katot bulunur ve bir anot görevi gören silindirik bir bakır blok eksenel olarak sabitlenmiştir. Bu anot bloğu, rezonant anot boşlukları olarak işlev gören bir dizi yuvadan oluşur.

Anot ve katot arasında bulunan boşluğa Interaction space. Elektrik alanı radyal olarak bulunurken, manyetik alan boşluk magnetronunda eksenel olarak mevcuttur. Bu manyetik alan, manyetik çizgiler katoda paralel ve anot ile katot arasında bulunan elektrik alanına dik olacak şekilde yerleştirilen kalıcı bir mıknatıs tarafından üretilir.

Aşağıdaki şekiller, eksenel olarak bir boşluk magnetronunun yapısal ayrıntılarını ve mevcut manyetik akı çizgilerini göstermektedir.

Bu Cavity Magnetron, birbirine sıkıca bağlanmış 8 boşluğa sahiptir. Bir N-boşluklu magnetron, $ N $ işlem moduna sahiptir. Bu işlemler, salınımların frekansına ve fazına bağlıdır. Bu boşluk rezonatörlerinin halkası etrafındaki toplam faz kayması $ 2n \ pi $ olmalıdır, burada $ n $ bir tamsayıdır.

$ \ Phi_v $, AC elektrik alanının bitişik boşluklar boyunca göreceli faz değişimini temsil ediyorsa, o zaman

$$ \ phi_v = \ frac {2 \ pi n} {N} $$

$ N = 0, \: \ pm1, \: \ pm2, \: \ pm \: (\ frac {N} {2} -1), \: \ pm \ frac {N} {2} $

Bu, $ N $ bir çift sayı ise, $ \ frac {N} {2} $ rezonans modunun var olabileceği anlamına gelir.

Eğer,

$$ n = \ frac {N} {2} \ quad ve sonra \ quad \ phi_v = \ pi $$

Bu rezonans moduna $ \ pi-mode $ denir.

$$ n = 0 \ quad sonra \ quad \ phi_v = 0 $$

Bu, Zero modeçünkü anot ile katot arasında RF elektrik alanı olmayacaktır. Bu aynı zamandaFringing Field ve bu mod magnetronlarda kullanılmaz.

Cavity Magnetron'un Çalışması

Cavity Klystron operasyondayken, dikkate almamız gereken farklı durumlar var. Onları detaylı olarak inceleyelim.

Case 1

Manyetik alan yoksa, yani B = 0 ise, elektronların davranışı aşağıdaki şekilde gözlemlenebilir. Bir örnek göz önüne alındığında, elektrona radyal elektrik kuvveti altında doğrudan anoda gider.

Case 2

Manyetik alanda bir artış varsa, elektronlara yanal bir kuvvet etki eder. Bu, elektron göz önüne alındığında aşağıdaki şekilde görülebilir.b Her iki kuvvet de ona etki ederken kavisli bir yol izler.

Bu yolun yarıçapı şu şekilde hesaplanır:

$$ R = \ frac {mv} {eB} $$

Elektronun hızıyla orantılı olarak değişir ve manyetik alan kuvveti ile ters orantılıdır.

Case 3

Manyetik alan B daha da artar, elektron, elektron gibi bir yol izler c, sadece anot yüzeyini otlatmak ve anot akımını sıfırlamak. Buna "Critical magnetic field"$ (B_c) $, bu manyetik alan kesme alanıdır. Daha iyi anlamak için aşağıdaki şekle bakın.

Case 4

Manyetik alan kritik alandan daha büyük yapılırsa,

$$ B> B_c $$

Sonra elektronlar elektron gibi bir yol izler d, elektronun anoda gitmeden katoda geri sıçradığı yer. Bu "back heatingKatodun ". Aşağıdaki şekle bakın.

Bu, salınım başladığında elektrik beslemesinin kesilmesiyle elde edilir. Buna devam edilirse, katodun yayma verimliliği etkilenir.

Aktif RF Alanıyla Boşluklu Magnetronun Çalışması

Şimdiye kadar, magnetronun boşluklarında RF alanının bulunmadığı (statik durum) boşluk magnetronun çalışmasını tartıştık. Şimdi aktif bir RF alanımız olduğunda işleyişini tartışalım.

TWT'de olduğu gibi, geçici gürültü nedeniyle ilk RF salınımlarının mevcut olduğunu varsayalım. Salınımlar, cihazın çalışmasıyla sürdürülür. Bu süreçte yayılan ve eylemleri elektron olarak anlaşılan üç tür elektron vardır.a, b ve c, üç farklı durumda.

Case 1

Salınımlar mevcut olduğunda, bir elektron a, salınım için enerji transferini yavaşlatır. Enerjisini salınımlara aktaran bu tür elektronlarafavored electrons. Bu elektronlar sorumludurbunching effect.

Case 2

Bu durumda başka bir elektron diyelim bsalınımlardan enerji alır ve hızını artırır. Bu ne zaman yapılırsa,

• Daha keskin bir şekilde bükülür.
• Etkileşim alanında çok az zaman harcıyor.
• Katoda geri döner.

Bu elektronlara unfavored electrons. Demetleme etkisine katılmazlar. Ayrıca, bu elektronlar "geri ısınmaya" neden oldukları için zararlıdır.

Case 3

Bu durumda elektron cbiraz sonra yayılan, daha hızlı hareket eder. Elektronu yakalamaya çalışıyora. Bir sonraki yayılan elektrond, adım atmaya çalışır a. Sonuç olarak, tercih edilen elektronlara, c ve delektron demetleri veya elektron bulutları oluşturur. "Faz odaklanma etkisi" olarak adlandırılır.

Aşağıdaki şekle bakıldığında tüm bu süreç daha iyi anlaşılır.

Şekil A, farklı durumlarda elektron hareketlerini gösterirken, Şekil B, oluşan elektron bulutlarını göstermektedir. Bu elektron bulutları, cihaz çalışırken meydana gelir. Bu anot segmentlerinin iç yüzeyinde bulunan yükler, boşluklardaki salınımları takip eder. Bu, saat yönünde dönen bir elektrik alanı yaratır ve pratik bir deney yaparken gerçekten görülebilmektedir.

Elektrik alanı dönerken, manyetik akı çizgileri katoda paralel olarak oluşturulur ve bunların birleşik etkisi altında, spiral yörüngelerde en yakın pozitif anot segmentine düzenli aralıklarla yönlendirilen dört parmakla elektron demetleri oluşturulur.

Mikrodalga ölçüm cihazları arasında Mikrodalga cihazlarından oluşan bir Mikrodalga tezgah düzeneği öne çıkmaktadır. Birkaç alternatifle tüm bu kurulum, kılavuz dalga boyu, boş alan dalga boyu, kesme dalgaboyu, empedans, frekans, VSWR, Klystron özellikleri, Gunn diyot özellikleri, güç ölçümleri vb. Gibi birçok değeri ölçebilir.

Gücü belirlemede mikrodalgaların ürettiği çıktı genellikle küçük bir değere sahiptir. Bir iletim hattındaki konuma göre değişir. Mikrodalga gücünü ölçmek için, genel olarak bir Mikrodalga tezgah kurulumu olacak bir ekipman olmalıdır.

Mikrodalga Tezgah Genel Ölçüm Kurulumu

Bu kurulum, detaylı olarak gözlemlenebilen farklı parçaların bir kombinasyonudur. Aşağıdaki şekil kurulumu açıkça açıklamaktadır.

Sinyal Üreteci

Adından da anlaşılacağı gibi, birkaç miliwatt mertebesinde bir mikrodalga sinyali üretir. Bu, sürekli dalga demetini miliwatt güce aktarmak için hız modülasyon tekniğini kullanır.

Bir Gunn diyot osilatörü veya bir Reflex Klystron tüpü, bu mikrodalga sinyal oluşturucu için bir örnek olabilir.

Hassas Zayıflatıcı

Bu, istenen frekansı seçen ve çıkışı 0 ila 50db civarında sınırlayan zayıflatıcıdır. Bu değişkendir ve ihtiyaca göre ayarlanabilir.

Değişken Zayıflatıcı

Bu zayıflatıcı, zayıflatma miktarını ayarlar. Bu, okumaların Hassas Zayıflatıcı değerlerine göre kontrol edildiği ince bir değer ayarı olarak anlaşılabilir.

İzolatör

Bu, dedektör yuvasına ulaşmak için gerekli olmayan sinyali kaldırır. İzolatör, sinyalin dalga kılavuzundan yalnızca bir yönde geçmesine izin verir.

Frekans ölçer

Bu, sinyalin frekansını ölçen cihazdır. Bu frekans ölçer ile sinyal kendi rezonans frekansına ayarlanabilir. Ayrıca sinyalin dalga kılavuzuna bağlanmasını sağlar.

Kristal Dedektörü

Bir kristal detektör probu ve kristal detektör montajı, detektörün bir prob aracılığıyla montaj aparatına bağlandığı yukarıdaki şekilde gösterilmiştir. Bu, sinyalleri demodüle etmek için kullanılır.

Daimi Dalga Göstergesi

Duran dalga voltmetresi, durağan dalga oranının dB cinsinden okunmasını sağlar. Dalga kılavuzu, sinyalin saat döngülerini ayarlamak için bir miktar boşlukla yuvalanmıştır. Dalga kılavuzu tarafından iletilen sinyaller, özelliklerini ölçmek için BNC kablosu aracılığıyla VSWR veya CRO'ya iletilir.

Gerçek zamanlı uygulamada kurulan bir mikrodalga tezgah aşağıdaki gibi görünecektir -

Şimdi, bu mikrodalga tezgahın önemli kısmına, oluklu çizgiye bir göz atalım.

Oluklu Çizgi

Bir mikrodalga iletim hattında veya dalga kılavuzunda, elektromanyetik alan, jeneratörden gelen gelen dalga ile jeneratöre yansıyan dalganın toplamı olarak kabul edilir. Yansımalar bir uyumsuzluğu veya süreksizliği gösterir. Yansıyan dalganın büyüklüğü ve fazı, yansıtan empedansın genliğine ve fazına bağlıdır.

Elde edilen durağan dalgalar, etkili iletim için empedans uyumsuzluğu hakkında bilgi sahibi olmak için gerekli olan iletim hattı kusurlarını bilmek için ölçülür. Bu oluklu çizgi, bir mikrodalga cihazının duran dalga oranının ölçülmesine yardımcı olur.

İnşaat

Yarıklı hat, ölçümün yapılması gereken iletim hattının yarıklı bir bölümünden oluşur. Gerektiğinde probun bağlanmasına izin vermek için hareketli bir prob taşıyıcısı ve aleti takmak ve tespit etmek için bir kolaylık vardır.

Bir dalga kılavuzunda, geniş tarafın merkezinde eksenel olarak bir yarık yapılır. Bir kristal detektöre bağlı hareketli bir sonda dalga kılavuzunun yuvasına yerleştirilir.

Operasyon

Kristal detektörün çıkışı, uygulanan giriş voltajının karesiyle orantılıdır. Hareketli prob, konumunda uygun ve doğru ölçüme izin verir. Ancak, prob hareket ettirildikçe, çıktısı dalga kılavuzunun içinde oluşan duran dalga modeli ile orantılıdır. Doğru sonuçlar elde etmek için burada değişken bir zayıflatıcı kullanılır.

Çıkış VSWR şu şekilde elde edilebilir:

$$ VSWR = \ sqrt {\ frac {V_ {max}} {V_ {min}}} $$

$ V $ çıkış voltajıdır.

Aşağıdaki şekil, etiketli bir oluklu çizginin farklı kısımlarını göstermektedir.

Yukarıdaki şekilde etiketlenen parçalar aşağıdakileri göstermektedir.

• Başlatıcı - Sinyali davet eder.
• Dalga kılavuzunun daha küçük bölümü.
• İzolatör - Kaynağa yansımaları önler.
• Döner değişken zayıflatıcı - İnce ayarlamalar için.
• Oluklu bölüm - Sinyali ölçmek için.
• Prob derinliği ayarı.
• Akort ayarları - Doğruluk elde etmek için.
• Kristal dedektörü - Sinyali algılar.
• Eşleşen yük - Çıkan gücü emer.
• Kısa devre - Bir yük ile yer değiştirmenin sağlanması.
• Döner düğme - Ölçerken ayarlamak için.
• Vernier ölçer - Doğru sonuçlar için.

Bir osiloskop üzerinde düşük frekans modülasyonlu bir sinyal elde etmek için, ayarlanabilir bir detektörlü yarıklı bir hat kullanılır. Aşağıdakileri ölçmek için ayarlanabilir detektörlü oluklu bir çizgi taşıyıcı kullanılabilir.

• VSWR (Gerilim Daimi Dalga Oranı)
• Duran dalga deseni
• Impedance
• Yansıma katsayısı
• Geri dönüş kaybı
• Kullanılan jeneratörün frekansı

Ayarlanabilir Dedektör

Ayarlanabilir detektör, düşük frekanslı kare dalga modülasyonlu mikrodalga sinyallerini tespit etmek için kullanılan bir detektör montajıdır. Aşağıdaki şekil, ayarlanabilir bir dedektör montajı hakkında bir fikir vermektedir.

Aşağıdaki resim, bu cihazın pratik uygulamasını temsil etmektedir. Sonunda sona erer ve diğer ucunda tıpkı yukarıdaki gibi bir açıklığa sahiptir.

Mikrodalga iletim sistemi ile dedektör montajı arasında bir eşleşme sağlamak için, genellikle ayarlanabilir bir saplama kullanılır. Üç farklı ayarlanabilir saplama türü vardır.

• Ayarlanabilir dalga kılavuzu dedektörü
• Ayarlanabilir koaksiyel dedektör
• Ayarlanabilir prob dedektörü

Ayrıca, aşağıdaki gibi sabit saplamalar vardır:

• Geniş bant ayarlı prob düzeltildi
• Dalga kılavuzu uyumlu dedektör montajı düzeltildi

Dedektör montajı, sonunda sonlandırılan bir Mikrodalga tezgahındaki son aşamadır.

Mikrodalga mühendisliği alanında, daha önce birinci bölümde belirtildiği gibi birçok uygulama vardır. Bu nedenle, farklı uygulamaları kullanırken, genellikle etkili kullanım için Güç, Zayıflatma, Faz kayması, VSWR, Empedans gibi farklı değerleri ölçme ihtiyacıyla karşılaşırız.

Bu bölümde, farklı ölçüm tekniklerine bir göz atalım.

Güç Ölçümü

Ölçülen Mikrodalga Gücü, dalga kılavuzundaki herhangi bir konumdaki ortalama güçtür. Güç ölçümü üç tipte olabilir.

• Düşük güç ölçümü (0.01mW ila 10mW)

  Örnek - Bolometrik teknik

• Orta güç ölçümü (10mW ila 1W)

  Örnek - Kalorimetre tekniği

• Yüksek güç ölçümü (> 10W)

  Örnek - Kalorimetre Watt ölçer

Onları detaylı olarak inceleyelim.

Düşük Güç Ölçümü

Mikrodalga gücünün 0.01mW ila 10mW civarında ölçümü, düşük gücün ölçüsü olarak anlaşılabilir.

BolometerDüşük Mikrodalga gücü ölçümleri için kullanılan bir cihazdır. Bolometrede kullanılan element pozitif veya negatif sıcaklık katsayısına sahip olabilir. Örneğin, bir bariyer, sıcaklık artışı ile direnci artan pozitif bir sıcaklık katsayısına sahiptir. Termistör, sıcaklık artışı ile direnci azalan negatif sıcaklık katsayısına sahiptir.

Bunlardan herhangi biri bolometrede kullanılabilir, ancak dirençteki değişiklik ölçüm için uygulanan Mikrodalga gücü ile orantılıdır. Bu bolometre, kolların köprüsünde tek olarak kullanılır, böylece herhangi bir dengesizlik çıktıyı etkiler. Bir bolometre kullanan tipik bir köprü devresi örneği aşağıdaki şekilde gösterildiği gibidir.

Buradaki miliampermetre, akan akımın değerini verir. Batarya değişkendir ve bolometrenin davranışından dolayı bir dengesizliğe neden olduğunda denge elde etmek için değişir. DC batarya voltajında ​​yapılan bu ayar Mikrodalga gücü ile orantılıdır. Bu devrenin güç kullanma kapasitesi sınırlıdır.

Orta Güç Ölçümü

Mikrodalga gücünün 10mW ile 1W arasında ölçülmesi, orta gücün ölçüsü olarak anlaşılabilir.

Genellikle belirli bir özgül ısı değerini koruyan özel bir yük kullanılır. Ölçülecek güç, halihazırda muhafaza ettiği yükün çıkış sıcaklığını orantılı olarak değiştiren girişine uygulanır. Sıcaklık artışındaki fark, yüke giren Mikrodalga gücünü belirtir.

Burada çıktı almak için köprü denge tekniği kullanılır. Kalorimetrik bir teknik olan güç ölçümü için ısı transferi yöntemi kullanılır.

Yüksek Güç Ölçümü

Mikrodalga gücünün 10W ile 50KW arasında ölçülmesi, yüksek gücün ölçüsü olarak anlaşılabilir.

Yüksek Mikrodalga gücü normalde kuru ve akış tipi olabilen Kalorimetrik watt metre ile ölçülür. Kuru tip, yüksek histerezis kaybına sahip di-elektrik ile doldurulmuş bir koaksiyel kablo kullandığı için adlandırılırken, akış tipi, su veya yağ veya mikrodalgaların iyi bir absorbe edici olan bir miktar sıvı kullandığı için adlandırılır.

Yüke girmeden önce ve sonra sıvının sıcaklığındaki değişim değerlerin kalibrasyonu için alınır. Bu yöntemdeki sınırlamalar, akış belirleme, kalibrasyon ve termal atalet vb. Gibidir.

Zayıflama Ölçümü

Pratikte, Mikrodalga bileşenleri ve cihazları genellikle bir miktar zayıflama sağlar. Sunulan zayıflama miktarı iki şekilde ölçülebilir. Bunlar - Güç oranı yöntemi ve RF ikame yöntemi.

Zayıflatma, giriş gücünün çıkış gücüne oranıdır ve normalde desibel cinsinden ifade edilir.

$$ Zayıflatma \: in \: dBs = 10 \: log \ frac {P_ {in}} {P_ {out}} $$

$ P_ {in} $ = Giriş gücü ve $ P_ {out} $ = Çıkış gücü

Güç Oranı Yöntemi

Bu yöntemde zayıflamanın ölçülmesi iki adımda gerçekleşir.

• Step 1 - Tüm Mikrodalga tezgahının giriş ve çıkış gücü, zayıflaması hesaplanacak cihaz olmadan yapılır.

• Step 2 - Tüm Mikrodalga tezgahının giriş ve çıkış gücü, zayıflaması hesaplanacak cihaz ile yapılır.

Karşılaştırıldığında bu güçlerin oranı zayıflama değerini verir.

Aşağıdaki şekiller, bunu açıklayan iki kurulumdur.

Drawback - Giriş gücü düşük ve ağ zayıflaması büyük olduğunda güç ve zayıflama ölçümleri doğru olmayabilir.

RF Değiştirme Yöntemi

Bu yöntemde zayıflamanın ölçülmesi üç adımda gerçekleşir.

• Step 1 - Tüm Mikrodalga tezgahının çıkış gücü, zayıflaması hesaplanması gereken ağ ile ölçülür.

• Step 2 - Tüm Mikrodalga tezgahının çıkış gücü, ağın hassas kalibre edilmiş bir zayıflatıcıyla değiştirilmesiyle ölçülür.

• Step 3 - Şimdi, bu zayıflatıcı, ağ ile ölçülen aynı gücü elde edecek şekilde ayarlandı.

Aşağıdaki şekiller, bunu açıklayan iki kurulumdur.

Zayıflatıcı üzerinde ayarlanan değer, ağın doğrudan zayıflamasını sağlar. Yukarıdaki yöntemdeki dezavantaj burada önlenir ve bu nedenle bu, zayıflamayı ölçmek için daha iyi bir prosedürdür.

Faz Kaymasının Ölçülmesi

Pratik çalışma koşullarında, gerçek sinyalden gelen sinyalde bir faz değişikliği olabilir. Bu tür bir faz kaymasını ölçmek için, faz kaymasını kalibre edebileceğimiz bir karşılaştırma tekniği kullanıyoruz.

Faz kaymasını hesaplamak için kurulum aşağıdaki şekilde gösterilmektedir.

Burada, mikrodalga kaynağı sinyali oluşturduktan sonra, bir bağlantı noktasının faz kayması ölçülecek ağa bağlandığı ve diğer bağlantı noktasının ayarlanabilir hassas faz kaydırıcıya bağlandığı bir H-düzlemi Tee bağlantısından geçirilir.

Demodüle edilmiş çıkış, bağlı CRO'da gözlenen 1 KHz'lik bir sinüs dalgasıdır. Bu faz kaydırıcı, 1 KHz sinüs dalgası çıkışı da yukarıdakilerle eşleşecek şekilde ayarlanır. İkili mod CRO'da gözlemlenerek eşleştirme yapıldıktan sonra, bu hassas faz kaydırıcı bize faz kaymasının okunmasını sağlar. Bu, aşağıdaki şekilden açıkça anlaşılmaktadır.

Bu prosedür, faz kaymasının ölçülmesinde en çok kullanılan prosedürdür. Şimdi VSWR'yi nasıl hesaplayacağımızı görelim.

VSWR ölçümü

Herhangi bir Mikrodalga pratik uygulamasında, her türlü empedans uyumsuzluğu, duran dalgaların oluşumuna yol açar. Bu duran dalgaların gücü, Gerilim Daimi Dalga Oranı ($ VSWR $) ile ölçülür. Maksimumun minimum gerilime oranı, $ S $ ile gösterilen $ VSWR $ 'ı verir.

$$ S = \ frac {V_ {max}} {V_ {min}} = \ frac {1+ \ rho} {1- \ rho} $$

Nerede, $ \ rho = yansıma \: ortak - verimli = \ frac {P_ {yansıyan}} {P_ {olay}} $

$ VSWR $ ölçümü iki şekilde yapılabilir: Düşük $ VSWR $ ve Yüksek $ VSWR $ ölçümleri.

Düşük VSWR Ölçümü (S <10)

Düşük $ VSWR $ ölçümü, VSWR ölçer olan bir DC milivoltmetre üzerinde bir okuma almak için zayıflatıcı ayarlanarak yapılabilir. Okumalar, oluklu çizgi ve zayıflatıcı, DC milivoltmetrenin tam ölçekli bir okumanın yanı sıra minimum bir okuma göstereceği şekilde ayarlanarak alınabilir.

Şimdi bu iki okuma, ağın $ VSWR $ 'ını bulmak için hesaplanır.

Yüksek VSWR Ölçümü (S> 10)

Değeri 10'dan büyük olan yüksek $ VSWR $ ölçümü, double minimum method. Bu yöntemde minimum değerde okuma alınır ve kretteki minimum değerin yarım noktasında önceki ve sonraki tepe noktasındaki okumalar da alınır. Bu, aşağıdaki şekilden anlaşılabilir.

Şimdi, $ VSWR $ şu şekilde verilen bir ilişki ile hesaplanabilir:

$$ VSWR = \ frac {\ lambda_ {g}} {\ pi (d_2-d_1)} $$

$ \ Lambda_g \: is \: the \: guided \: wavelength $

$$ \ lambda_g = \ frac {\ lambda_0} {\ sqrt {1 - (\ frac {\ lambda_0} {\ lambda_c}) ^ 2}} \ quad burada \: \ lambda_0 \: = {c} / {f} $$

Burada iki minimum nokta dikkate alındığından, buna çift minimum yöntem denir. Şimdi empedans ölçümünü öğrenelim.

Empedans Ölçümü

Magic Tee dışında iki farklı yöntemimiz var, biri oluklu çizgi, diğeri de reflektometre kullanıyor.

Oluklu Çizgiyi Kullanan Empedans

Bu yöntemde, empedans oluklu çizgi kullanılarak ölçülür ve $ Z_L $ yüklenir ve bu kullanılarak $ V_ {max} $ ve $ V_ {min} $ belirlenebilir. Bu yöntemde empedans ölçümü iki adımda gerçekleşir.

• Step 1 - $ Z_L $ yükünü kullanarak Vmin'i belirleme.

• Step 2 - Yükü kısa devre yaparak Vmin'in belirlenmesi.

Bu, aşağıdaki şekillerde gösterilmektedir.

Bir yük kullanarak $ V_ {max} $ ve $ V_ {min} $ değerlerini elde etmeye çalıştığımızda, belirli değerleri elde ederiz. Bununla birlikte, aynı şey yükün kısa devre yaptırılmasıyla yapılırsa, minimum sağa veya sola kaydırılır. Bu kayma sola doğru ise yükün endüktif olduğu, sağa kayması ise yükün doğada kapasitif olduğu anlamına gelir. Aşağıdaki şekil bunu açıklamaktadır.

Verilerin kaydedilmesiyle bilinmeyen bir empedans hesaplanır. Empedans ve yansıma katsayısı $ \ rho $ hem büyüklük hem de faz olarak elde edilebilir.

Reflektometre Kullanılarak Empedans

Yivli hattın aksine, Reflektometre, faz açısını değil, yalnızca empedans büyüklüğünü bulmaya yardımcı olur. Bu yöntemde aynı olan ancak yönleri farklı olan iki yönlü kuplör alınır.

Bu iki bağlayıcı, yükten gelen olay gücü $ P_i $ ve yansıtılan gücü $ P_r $ örneklemek için kullanılır. Reflektometre aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi bağlanır. Empedansın elde edilebileceği $ \ rho $ yansıma katsayısının büyüklüğünü elde etmek için kullanılır.

Reflektometre okumasından

$$ \ rho = \ sqrt {\ frac {P_r} {P_i}} $$

$ \ Rho $ değerinden, $ VSWR $, yani $ S $ ve empedans şu şekilde hesaplanabilir:

$$ S = \ frac {1+ \ rho} {1- \ rho} \ quad ve \ quad \ frac {z-z_g} {z + z_g} = \ rho $$

$ Z_g $ dalga empedansı olarak bilinir ve $ z $ bilinmeyen empedans olarak bilinir.

Burada ileri ve geri dalga parametreleri gözlenmekle birlikte, kuplörlerin yönsel özelliğinden dolayı herhangi bir girişim olmayacaktır. Zayıflatıcı, düşük giriş gücünün korunmasına yardımcı olur.

Kavite Rezonatörünün Q Ölçümü

İletim yöntemi, Empedans yöntemi ve Ölçüm için Geçici bozunma veya Azaltma yöntemi gibi üç yöntem vardır. Q bir boşluklu rezonatörün en kolay ve en çok takip edilen yöntemi Transmission Method. Bu nedenle, ölçüm kurulumuna bir göz atalım.

Bu yöntemde boşluklu rezonatör, ileten cihaz görevi görür. Çıkış sinyali, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi bir rezonans eğrisi ile sonuçlanan bir frekans fonksiyonu olarak çizilir.

Yukarıdaki kurulumdan, mikrodalga kaynağının sinyal frekansı değiştirilir, sinyal seviyesi sabit tutulur ve ardından çıkış gücü ölçülür. Boşluk rezonatörü bu frekansa ayarlanır ve sinyal seviyesi ve çıkış gücü, farkı fark etmek için tekrar not edilir.

Çıktı çizildiğinde, Yarı Güç Bant Genişliği (HPBW) $ (2 \ Delta) $ değerlerini görebileceğimiz rezonans eğrisi elde edilir.

$$ 2 \ Delta = \ pm \ frac {1} {Q_L} $$

$ Q_L $ yüklenen değerdir

$$ veya \ quad Q_L = \ pm \ frac {1} {2 \ Delta} = \ pm \ frac {w} {2 (w-w_0)} $$

Mikrodalga kaynağı ile boşluk arasındaki bağlantı ve ayrıca dedektör ile boşluk arasındaki bağlantı ihmal edilirse,

$$ Q_L = Q_0 \: (yüklenmemiş \: Q) $$

Dezavantaj

Bu sistemin ana dezavantajı, dar çalışma bandı nedeniyle çok yüksek Q sistemlerinde doğruluğun biraz zayıf olmasıdır.

Farklı parametrelerin birçok ölçüm tekniğini ele aldık. Şimdi bunlarla ilgili birkaç örnek problem çözmeye çalışalım.

Bu bölümde, mikrodalgalarla ilgili birkaç sayısal problemi çözerek biraz eğlenelim.

Problem 1

$ A = 5cm, b = 3cm $ boyutlarında bir $ TE_ {10} $ modu dalga kılavuzu kullanan bir iletim sistemi 10GHz. İki minimum güç noktası arasında ölçülen mesafe1mm on a slotted line. Calculate the VSWR of the system.

Çözüm

$ F = 10GHz olduğu göz önüne alındığında; a = 5cm; b = 3cm $

$ TE_ {10} $ modu dalga kılavuzu için,

$$ \ lambda_c = 2a = 2 \ times 5 = 10 cm $$

$$ \ lambda_0 = \ frac {c} {f} = \ frac {3 \ times10 ^ {10}} {10 \ times10 ^ 9} = 3cm $$

$$ d_2-d_1 = 1 mm = 10 ^ {- 1} cm $$

Biliyoruz

$$ \ lambda_g = \ frac {\ lambda_0} {1 - ({\ lambda_0} / {\ lambda_c}) ^ 2} = \ frac {3} {\ sqrt {1 - ({3} / {10}) ^ 2}} = 3,144cm $$

Çift minimum yöntem için VSWR,

$$ VSWR = \ frac {\ lambda_g} {\ pi (d_2-d_1)} = \ frac {3.144} {\ pi (1 \ times10 ^ {- 1})} = 10.003 = 10 $$

Dolayısıyla, verilen iletim sistemi için VSWR değeri 10'dur.

Problem 2

Bir reflektometrenin empedansını ölçmek için bir kurulumda, iki kuplörün çıktıları olduğunda yansıma katsayısı nedir? 2mw ve 0.5mw sırasıyla?

Çözüm

Verilen

$$ \ frac {P_i} {100} = 2mw \ quad ve \ quad \ frac {P_r} {100} = 0,5mw $$

$$ P_i = 2 \ times 100mw = 200mw $$

$$ P_r = 0,5 \ times 100mw = 50mw $$

$$ \ rho = \ sqrt {\ frac {P_r} {P_i}} = \ sqrt {\ frac {50mw} {200mw}} = \ sqrt {0.25} = 0.5 $$

Dolayısıyla, verilen kurulumun yansıma katsayısı $ \ rho $ 0,5'tir.

Sorun 3

Bir dalga kılavuzunda olay gücünü 3 mw ve yansıyan güç olarak örneklemek için iki özdeş bağlayıcı kullanıldığında 0.25mw, ardından $ VSWR $ değerini bulun.

Çözüm

Biz biliyoruz ki

$$ \ rho = \ sqrt {\ frac {P_r} {P_i}} = \ sqrt {\ frac {0.25} {3}} = \ sqrt {0.0833} = 0.288 $$

$$ VSWR = S = \ frac {1+ \ rho} {1- \ rho} = \ frac {1 + 0.288} {1-0.288} = \ frac {1.288} {0.712} = 1.80 $$

Dolayısıyla, yukarıdaki sistem için $ VSWR $ değeri 1.80'dir.

Sorun 4

İki özdeş 30dByönlü kuplörler, bir dalga kılavuzunda olay ve yansıyan gücü örneklemek için kullanılır. VSWR'nin değeri6 ve kuplör örnekleme olay gücünün çıktısı 5mw. Yansıyan gücün değeri nedir?

Çözüm

Biz biliyoruz ki

$$ VSWR = S = \ frac {1+ \ rho} {1- \ rho} = 6 $$

$$ (1+ \ rho) = 6 (1- \ rho) = 6 - 6 \ rho $$

$$ 7 \ rho = 5 $$

$$ \ rho = \ frac {5} {7} = 0,174 $$

Yansıyan gücün değerini elde etmek için elimizde

$$ \ rho = \ sqrt {\ frac {{P_r} / {10 ^ 3}} {{P_i} / {10 ^ 3}}} = \ sqrt {\ frac {P_r} {P_i}} $$

$$ veya \ quad \ rho ^ 2 = \ frac {P_r} {P_i} $$

$$ P_r = \ rho ^ 2.P_i = (0,714) ^ 2,5 = 0,510 \ times 5 = 2,55 $$

Dolayısıyla, bu dalga kılavuzundaki yansıyan güç 2.55mW'dir.