Mikrodalga Mühendisliği - Dalga Kılavuzları

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.