Kỹ thuật vi sóng - Hướng dẫn nhanh

Phổ điện từ bao gồm toàn bộ dải bức xạ điện từ. Bức xạ là năng lượng truyền đi và lan truyền ra ngoài. Các loại bức xạ điện từ tạo ra phổ điện từ được mô tả trong ảnh chụp màn hình sau.

Bây giờ chúng ta hãy xem xét các đặc tính của Lò vi sóng.

Thuộc tính của lò vi sóng

Sau đây là các đặc tính chính của Lò vi sóng.

• Vi ba là sóng bức xạ năng lượng điện từ có bước sóng ngắn hơn.

• Vi sóng không bị phản xạ bởi Ionosphere.

• Vi ba truyền theo đường thẳng và bị phản xạ bởi các bề mặt dẫn.

• Vi sóng dễ bị suy giảm trong khoảng cách ngắn hơn.

• Dòng vi sóng có thể chảy qua một lớp mỏng của cáp.

Ưu điểm của lò vi sóng

Lò vi sóng có nhiều ưu điểm như sau:

• Hỗ trợ băng thông lớn hơn và do đó nhiều thông tin được truyền hơn. Vì lý do này, vi sóng được sử dụng để liên lạc điểm - điểm.

• Có thể tăng thêm ăng-ten.

• Tốc độ dữ liệu cao hơn được truyền khi băng thông nhiều hơn.

• Kích thước ăng-ten giảm dần, vì tần số cao hơn.

• Tiêu thụ điện năng thấp vì tín hiệu có tần số cao hơn.

• Ảnh hưởng của sự mờ dần được giảm bớt bằng cách sử dụng truyền theo đường ngắm.

• Cung cấp vùng phản xạ hiệu quả trong hệ thống radar.

• Có thể liên lạc vệ tinh và mặt đất với dung lượng cao.

• Có thể phát triển các thành phần vi sóng thu nhỏ chi phí thấp.

• Sử dụng phổ tần hiệu quả với nhiều ứng dụng trong tất cả các dải tần số hoạt động có sẵn.

Nhược điểm của lò vi sóng

Có một số nhược điểm của Lò vi sóng như sau:

• Chi phí thiết bị hoặc chi phí lắp đặt cao.
• Chúng rất lớn và chiếm nhiều không gian hơn.
• Có thể xảy ra nhiễu điện từ.
• Có thể xảy ra sự biến đổi tính chất điện môi theo nhiệt độ.
• Tính không hiệu quả vốn có của nguồn điện.

Các ứng dụng của lò vi sóng

Có rất nhiều ứng dụng cho Lò vi sóng, không thể áp dụng cho các bức xạ khác. Họ là -

Giao tiếp không dây

• Đối với các cuộc điện thoại đường dài
• Bluetooth
• Hoạt động WIMAX
• Truyền phát sóng ngoài trời
• Dịch vụ phụ trợ phát sóng
• Đơn vị đón từ xa
• Liên kết studio / máy phát
• Truyền hình trực tiếp vệ tinh (DBS)
• Hệ thống liên lạc cá nhân (PCS)
• Mạng cục bộ không dây (WLAN)
• Hệ thống video di động (CV)
• Hệ thống tránh va chạm ô tô

Thiết bị điện tử

• Công tắc nhanh không bị chập chờn
• Bộ chuyển pha
• Thế hệ HF
• Các yếu tố điều chỉnh
• Hệ thống ECM / ECCM (Đo đếm điện tử)
• Hệ thống trải phổ

Sử dụng thương mại

• Chuông bao động trộm
• Dụng cụ mở cửa nhà để xe
• Máy dò tốc độ của cảnh sát
• Nhận dạng bằng các phương pháp không tiếp xúc
• Điện thoại di động, máy nhắn tin, mạng LAN không dây
• Truyền hình vệ tinh, đài XM
• Máy dò chuyển động
• Viễn thám

dẫn đường

• Hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu
• Hệ thống định vị toàn cầu (GPS)

Quân đội và Radar

• Radar để phát hiện phạm vi và tốc độ của mục tiêu.

• Ứng dụng SONAR

• Kiểm soát không lưu

• Dự báo thời tiết

• Điều hướng của tàu

• Ứng dụng quét rác

• Thực thi giới hạn tốc độ

• Quân sự sử dụng tần số vi ba cho liên lạc và cho các ứng dụng nêu trên.

Ứng dụng nghiên cứu

• Cộng hưởng nguyên tử
• Cộng hưởng hạt nhân

Thiên văn vô tuyến

• Đánh dấu bức xạ nền vi sóng vũ trụ
• Phát hiện sóng mạnh trong vũ trụ
• Phát hiện nhiều bức xạ trong vũ trụ và bầu khí quyển của trái đất

Công nghiệp thực phẩm

• Lò vi sóng dùng để hâm nóng và nấu ăn
• Ứng dụng chế biến thực phẩm
• Các ứng dụng gia nhiệt trước
• Pre-cooking
• Rang ngũ cốc / đậu thực phẩm
• Sấy khoai tây chiên
• Cân bằng độ ẩm
• Hấp thụ các phân tử nước

Sử dụng công nghiệp

• Cao su lưu hóa
• Ứng dụng hóa học phân tích
• Quy trình làm khô và phản ứng
• Gia công gốm sứ
• Ma trận polymer
• Sửa đổi bề mặt
• Xử lý hơi hóa học
• Chế biến bột
• Tiệt trùng dược phẩm
• Tổng hợp hóa học
• Xử lý chất thải
• Truyền tải điện
• Đường hầm nhàm chán
• Phá vỡ đá / bê tông
• Phá vỡ vỉa than
• Đóng rắn xi măng
• Ánh sáng RF
• Lò phản ứng nhiệt hạch
• Hệ thống từ chối hoạt động

Kỹ thuật xử lý bán dẫn

• Khắc ion phản ứng
• Hơi hóa chất lắng đọng

Quang phổ

• Quang phổ cộng hưởng từ điện tử (EPR hoặc ESR)
• Để biết về các electron chưa ghép đôi trong hóa chất
• Để biết các gốc tự do trong vật liệu
• Hóa học điện tử

Ứng dụng y tế

• Theo dõi nhịp tim
• Phát hiện nước phổi
• Phát hiện khối u
• Tăng thân nhiệt khu vực
• Ứng dụng trị liệu
• Sưởi ấm cục bộ
• Angioplasty
• Chụp cắt lớp vi sóng
• Hình ảnh âm thanh vi sóng

Đối với bất kỳ làn sóng nào để lan truyền, cần có một phương tiện. Các đường truyền, thuộc nhiều loại khác nhau, được sử dụng để truyền vi sóng. Hãy cùng chúng tôi tìm hiểu về chúng trong chương tiếp theo.

A transmission linelà một đầu nối truyền năng lượng từ điểm này sang điểm khác. Việc nghiên cứu lý thuyết đường dây truyền tải rất hữu ích trong việc sử dụng hiệu quả nguồn điện và thiết bị.

Về cơ bản có bốn loại đường truyền -

• Đường dây dẫn song song hai dây
• Đường đồng trục
• Dây truyền chất nền kiểu dải
• Waveguides

Trong khi truyền hoặc trong khi nhận, việc truyền năng lượng phải được thực hiện một cách hiệu quả, không lãng phí điện năng. Để đạt được điều này, có một số thông số quan trọng nhất định phải được xem xét.

Các thông số chính của đường truyền

Các thông số quan trọng của đường truyền là điện trở, độ tự cảm, điện dung và độ dẫn điện.

Cảm kháng và cảm kháng cùng gọi là đường truyền impedance.

Điện dung và độ dẫn cùng nhau được gọi là admittance.

Sức cản

Điện trở được cung cấp bởi vật liệu mà đường truyền được tạo ra, sẽ là một lượng đáng kể, đặc biệt là đối với đường dây ngắn hơn. Khi dòng điện tăng lên, tổn thất ohmic $ \ left (I ^ {2} R \: loss \ right) $ cũng tăng lên.

Sự ngăn trở $R$ của một dây dẫn có chiều dài "$l$" và mặt cắt "$a$" được đại diện là

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

Ở đâu

?? $ \ rho $ = điện trở suất của vật liệu làm dây dẫn, không đổi.

Nhiệt độ và tần số của dòng điện là những yếu tố chính ảnh hưởng đến điện trở của đường dây. Điện trở của một vật dẫn thay đổi tuyến tính với sự thay đổi của nhiệt độ. Trong khi đó, nếu tần số của dòng điện tăng lên thì mật độ dòng điện hướng tới bề mặt của vật dẫn cũng tăng lên. Nếu không, mật độ dòng điện đối với tâm của vật dẫn tăng lên.

Điều này có nghĩa là, dòng điện chạy nhiều hơn về phía bề mặt của vật dẫn, nó sẽ ít chảy về phía trung tâm, được gọi là Skin Effect.

Điện cảm

Trong đường dây tải điện xoay chiều, dòng điện chạy theo hình sin. Dòng điện này tạo ra một từ trường vuông góc với điện trường cũng biến thiên theo hình sin. Đây là định luật Faraday. Các trường được mô tả trong hình sau.

Từ trường thay đổi này gây ra một số EMF vào dây dẫn. Bây giờ điện áp cảm ứng hoặc EMF này chảy theo hướng ngược lại với dòng điện chạy ban đầu. EMF chảy theo hướng ngược lại này được hiển thị tương đương bởi một tham số được gọi làInductance, là tài sản để chống lại sự dịch chuyển trong dòng điện.

Nó được ký hiệu là "L". Đơn vị đo là"Henry(H)".

Ứng xử

Sẽ có dòng điện rò rỉ giữa đường dây tải điện và đất, và giữa các dây dẫn pha. Dòng rò rỉ nhỏ này thường chạy qua bề mặt của chất cách điện. Nghịch đảo của dòng điện rò rỉ này được gọi làConductance. Nó được ký hiệu là "G".

Cường độ dòng điện có cảm kháng và hiệu điện thế giữa hai điểm có điện dung. Cảm ứng liên kết với từ trường, trong khi điện dung liên kết với điện trường.

Điện dung

Sự khác biệt điện áp giữa Phase conductorslàm phát sinh điện trường giữa các vật dẫn. Hai vật dẫn giống như các tấm song song và không khí ở giữa chúng trở thành chất điện môi. Mô hình này làm phát sinh hiệu ứng điện dung giữa các vật dẫn.

Trở kháng đặc tính

Nếu coi một đường dây truyền tải không tổn hao đều, đối với một sóng truyền theo một phương, tỉ số giữa biên độ điện áp và dòng điện dọc theo đường dây đó, không có phản xạ, được gọi là Characteristic impedance.

Nó được ký hiệu là $ Z_0 $

$$ Z_0 = \ sqrt {\ frac {áp \: \: wave \: \: value} {current \: \: wave \: \: value}} $$

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

Đối với một dòng không mất dữ liệu, $ R_0 = \ sqrt {\ frac {L} {C}} $

Trong đó $ L $ & $ C $ là độ tự cảm và điện dung trên một đơn vị độ dài.

Trở kháng phù hợp

Để đạt được công suất tối đa truyền cho tải, phải thực hiện kết hợp trở kháng. Để đạt được sự phù hợp trở kháng này, các điều kiện sau đây phải được đáp ứng.

Điện trở của tải phải bằng điện trở của nguồn.

$$ R_L = R_S $$

Điện kháng của tải phải bằng điện kháng của nguồn nhưng ngược dấu.

$$ X_L = -X_S $$

Có nghĩa là, nếu nguồn là cảm ứng thì tải phải là điện dung và ngược lại.

Hệ số phản xạ

Tham số biểu thị lượng năng lượng phản xạ do không phù hợp trở kháng trong đường truyền được gọi là Reflection coefficient. Nó được biểu thị bằng $ \ rho $(rho).

Nó có thể được định nghĩa là "tỷ số giữa điện áp phản xạ với điện áp tới tại các đầu nối phụ tải".

$$ \ rho = \ frac {reaction \: áp} {sự cố \: điện áp} = \ frac {V_r} {V_i} \: tại \: tải \: terminals $$

Nếu trở kháng giữa thiết bị và đường truyền không khớp với nhau, thì năng lượng sẽ bị phản xạ. Năng lượng được phản xạ càng cao thì giá trị của hệ số phản xạ $ \ rho $ càng lớn.

Tỷ lệ sóng đứng điện áp (VSWR)

Sóng dừng được hình thành khi sóng tới bị phản xạ. Sóng dừng được hình thành, chứa một số điện áp. Độ lớn của sóng dừng có thể được đo bằng tỷ số sóng dừng.

Tỷ lệ giữa điện áp tối đa và điện áp nhỏ nhất trong sóng dừng có thể được định nghĩa là Tỷ lệ sóng đứng điện áp (VSWR). Nó được ký hiệu là "$ S $".

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

VSWR mô tả dạng sóng dừng của điện áp có trong đường truyền do phép cộng và trừ pha của sóng tới và sóng phản xạ.

Do đó, nó cũng có thể được viết là

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

Sự không phù hợp trở kháng càng lớn thì biên độ của sóng dừng càng cao. Do đó, nếu trở kháng được kết hợp hoàn hảo,

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

Do đó, giá trị của VSWR là sự thống nhất, có nghĩa là việc truyền tải là hoàn hảo.

Hiệu quả của đường truyền

Hiệu suất của đường dây tải điện được định nghĩa là tỷ số giữa công suất đầu ra và công suất đầu vào.

$ \% \: hiệu suất \: của \: truyền \: đường truyền \: \ eta = \ frac {Nguồn \: giao \: tại \: tiếp nhận} {Nguồn \: đã gửi \: từ \: \: truyền \: end} \ lần 100 $

Điều chỉnh điện áp

Điều hòa điện áp được định nghĩa là sự thay đổi độ lớn của hiệu điện thế giữa hai đầu gửi và nhận của đường dây tải điện.

$ \% \: điện áp \: quy định = \ frac {gửi \: kết thúc \: điện áp - \: nhận \: kết thúc \: điện áp} {gửi \: kết thúc \: điện áp} \ lần 100 $

Tổn thất do trở kháng không khớp

Đường truyền, nếu không được kết thúc với tải phù hợp, sẽ xảy ra tổn thất. Những tổn thất này có nhiều loại như suy hao, suy giảm phản xạ, suy hao truyền dẫn, suy hao hồi lưu, suy hao chèn, v.v.

Tổn thất suy giảm

Suy hao xảy ra do sự hấp thụ tín hiệu trong đường truyền được gọi là Suy hao suy giảm, được biểu thị là

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

Ở đâu

• $ E_i $ = năng lượng đầu vào

• $ E_r $ = năng lượng phản xạ từ tải đến đầu vào

• $ E_t $ = năng lượng truyền cho tải

Mất phản xạ

Suy hao xảy ra do phản xạ tín hiệu do không phù hợp trở kháng của đường truyền được gọi là Suy hao phản xạ, được biểu diễn dưới dạng

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

Ở đâu

• $ E_i $ = năng lượng đầu vào

• $ E_r $ = năng lượng phản xạ từ tải

Mất đường truyền

Suy hao xảy ra trong khi truyền qua đường truyền được gọi là Suy hao truyền, được biểu thị là

$$ Truyền \: mất (dB) = 10 \: log_ {10} \: \ frac {E_i} {E_t} $$

Ở đâu

• $ E_i $ = năng lượng đầu vào

• $ E_t $ = năng lượng truyền đi

Trả lại mất mát

Phép đo công suất được phản ánh bởi đường dây truyền tải được gọi là Tổn thất trở lại, được biểu thị bằng

$$ Return \: loss (dB) = 10 \: log_ {10} \: \ frac {E_i} {E_r} $$

Ở đâu

• $ E_i $ = năng lượng đầu vào

• $ E_r $ = năng lượng phản xạ

Mất đoạn chèn

Tổn thất xảy ra do truyền năng lượng bằng đường truyền so với truyền năng lượng mà không có đường truyền được gọi là tổn thất do chèn, được biểu thị bằng

$$ Insertion \: loss (dB) = 10 \: log_ {10} \: \ frac {E_1} {E_2} $$

Ở đâu

• $ E_1 $ = năng lượng mà tải nhận được khi kết nối trực tiếp với nguồn, không có đường truyền.

• $ E_2 $ = năng lượng mà tải nhận được khi đường truyền được nối giữa tải và nguồn.

So khớp Stub

Nếu trở kháng tải không khớp với trở kháng nguồn, một phương pháp được gọi là "Kết hợp Stub" đôi khi được sử dụng để đạt được sự phù hợp.

Quá trình kết nối các phần của đường dây hở hoặc ngắn mạch được gọi là stubs trong shunt với dòng chính tại một số điểm hoặc các điểm, có thể được gọi là Stub Matching.

Ở tần số vi sóng cao hơn, về cơ bản, hai kỹ thuật so khớp sơ khai được sử dụng.

So khớp một Stub

Trong khớp đơn gốc, một cuống có chiều dài cố định nhất định được đặt ở một khoảng cách nào đó so với tải. Nó chỉ được sử dụng cho một tần số cố định, bởi vì bất kỳ sự thay đổi nào về tần số, vị trí của cuống phải được thay đổi, điều này không được thực hiện. Phương pháp này không phù hợp với đường dây đồng trục.

Đối sánh Double Stub

Trong kết hợp đinh đôi, hai cuống có chiều dài thay đổi được cố định ở những vị trí nhất định. Khi tải trọng thay đổi, chỉ độ dài của các gốc được điều chỉnh để đạt được sự phù hợp. Điều này được sử dụng rộng rãi trong thực tế phòng thí nghiệm như một thiết bị phù hợp tần số duy nhất.

Các số liệu sau đây cho thấy các khớp sơ khai trông như thế nào.

Kết hợp sơ khai đơn và kết hợp nhị phân, như thể hiện trong các hình trên, được thực hiện trong các đường truyền để đạt được kết hợp trở kháng.

Sóng có cả điện trường và từ trường. Tất cả các thành phần ngang của điện trường và từ trường được xác định từ các thành phần dọc trục của điện trường và từ trường, theo hướng z. Điều này cho phép các định dạng chế độ, chẳng hạn như TE, TM, TEM và Hybrid trong vi sóng. Hãy để chúng tôi xem xét các loại chế độ.

Chiều của thành phần điện trường và từ trường dọc theo ba phương vuông góc với nhau x, y, z như hình vẽ bên.

Các loại chế độ

Các phương thức lan truyền của vi sóng là -

TEM (Sóng điện từ ngang)

Trong chế độ này, cả điện trường và từ trường đều hoàn toàn theo phương ngang theo hướng lan truyền. Không có thành phần nào theo hướng $ 'Z' $.

$$ E_z = 0 \: và \: H_z = 0 $$

TE (Sóng điện ngang)

Trong chế độ này, điện trường là hướng hoàn toàn theo hướng lan truyền, trong khi từ trường thì không.

$$ E_z = 0 \: và \: H_z \ ne 0 $$

TM (Sóng từ tính ngang)

Trong chế độ này, từ trường hoàn toàn là ngang theo hướng lan truyền, trong khi điện trường thì không.

$$ E_z \ ne 0 \: và \: H_z = 0 $$

HE (Sóng lai)

Trong chế độ này, cả điện trường và từ trường đều không hoàn toàn nằm ngang theo hướng lan truyền.

$$ E_z \ ne 0 \: và \: H_z \ ne 0 $$

Các đường dây đa dây dẫn thường hỗ trợ phương thức lan truyền TEM, vì lý thuyết về đường truyền chỉ áp dụng cho những hệ thống dây dẫn có đường đi và đường trở lại, tức là những dây có thể hỗ trợ sóng TEM.

Ống dẫn sóng là đường dây dẫn đơn cho phép chế độ TE và TM nhưng không cho phép chế độ TEM. Các thanh dẫn dẫn mở hỗ trợ sóng Hybrid. Các loại đường truyền được thảo luận trong chương tiếp theo.

Các đường dây dẫn hở thông thường không thích hợp cho việc truyền dẫn vi ba, vì tổn thất bức xạ sẽ cao. Ở tần số Vi sóng, các đường truyền được sử dụng có thể được phân loại rộng rãi thành ba loại. Họ là -

• Nhiều dây dẫn
  • Đường đồng trục
  • Dải dòng
  • Dòng dải siêu nhỏ
  • Đường rãnh
  • Đường đồng phẳng, v.v.

• Đường dây dẫn đơn (Ống dẫn sóng)
  • Ống dẫn sóng hình chữ nhật
  • Ống dẫn sóng tròn
  • Ống dẫn sóng hình elip
  • Ống dẫn sóng một rãnh
  • Ống dẫn sóng hai lớp, v.v.

• Cấu trúc ranh giới mở
  • Di-thanh điện
  • Mở ống dẫn sóng, v.v.

Dòng đa dây

Đường dây tải điện có nhiều hơn một dây dẫn được gọi là đường dây nhiều dây dẫn.

Đường đồng trục

Cái này chủ yếu được sử dụng cho các ứng dụng tần số cao.

Một đường dây đồng trục bao gồm một dây dẫn bên trong có đường kính trong d, và sau đó là vật liệu cách điện hình trụ đồng tâm, xung quanh nó. Nó được bao quanh bởi một dây dẫn bên ngoài, là một hình trụ đồng tâm với đường kính bên trongD. Cấu trúc này được hiểu rõ bằng cách xem hình sau.

Chế độ cơ bản và chủ đạo trong cáp đồng trục là chế độ TEM. Không có tần số cắt trong cáp đồng trục. Nó vượt qua tất cả các tần số. Tuy nhiên, đối với các tần số cao hơn, một số chế độ không TEM bậc cao bắt đầu lan truyền, gây ra nhiều suy hao.

Dải dây

Đây là các đường truyền phẳng, được sử dụng ở tần số từ 100MHz đến 100GHz.

A Strip line bao gồm một dải dẫn mỏng trung tâm có chiều rộng ω lớn hơn độ dày của nó t. Nó được đặt bên trong chất nền điện môi tổn hao thấp (ε _r ) có độ dày b / 2 giữa hai bản mặt đất rộng. Chiều rộng của các tấm nền lớn hơn năm lần khoảng cách giữa các tấm.

Độ dày của dây dẫn trung tâm bằng kim loại và độ dày của mặt phẳng nền kim loại là như nhau. Hình dưới đây cho thấy mặt cắt ngang của cấu trúc đường dải.

Chế độ cơ bản và chủ đạo trong các dòng Strip là chế độ TEM. Đối vớib<λ/2, sẽ không có sự lan truyền theo hướng ngang. Trở kháng của đường dải tỷ lệ nghịch với tỷ lệ chiều rộngω của dây dẫn bên trong đến khoảng cách b giữa các mặt phẳng mặt đất.

Dòng Micro Strip

Đường dải có một nhược điểm là không thể tiếp cận để điều chỉnh và điều chỉnh. Điều này tránh được trong các đường dây vi dải, cho phép gắn các thiết bị chủ động hoặc thụ động, và cũng cho phép thực hiện các điều chỉnh nhỏ sau khi đã chế tạo xong mạch.

Đường dây vi dải là một đường truyền dạng tấm song song không đối xứng, có chất nền điện di có mặt đất kim loại ở phía dưới và dải dẫn mỏng ở phía trên có độ dày 't'và chiều rộng'ω'. Điều này có thể được hiểu bằng cách nhìn vào hình sau, cho thấy một đường dải vi mô.

Trở kháng đặc trưng của một dải vi mô là một hàm của chiều rộng dải (ω), độ dày (t) và khoảng cách giữa đường thẳng và mặt phẳng (h). Vi dải có nhiều loại như vi dải nhúng, vi dải đảo ngược, vi dải lơ lửng và vi dải có rãnh.

Ngoài những đường này, một số đường TEM khác như đường dải song song và đường dải đồng phẳng cũng đã được sử dụng cho các mạch tích hợp vi ba.

Các dòng khác

A Parallel Strip linetương tự như một đường dây tải điện hai dây dẫn. Nó có thể hỗ trợ chế độ gần như TEM. Hình sau giải thích điều này.

A Coplanar strip lineđược hình thành bởi hai dải dẫn điện với một dải được nối đất, cả hai đều được đặt trên cùng một bề mặt đế, để kết nối thuận tiện. Hình sau giải thích điều này.

A Slot line transmission line, bao gồm một khe hoặc khe hở trong lớp phủ dẫn điện trên nền điện môi và quá trình chế tạo này giống hệt với các đường dải vi mô. Sau đây là biểu diễn sơ đồ của nó.

Ống dẫn sóng đồng phẳng bao gồm một dải màng kim loại mỏng được lắng đọng trên bề mặt của tấm điện môi. Tấm này có hai điện cực chạy liền kề và song song với dải trên cùng một bề mặt. Hình sau giải thích điều này.

Tất cả các dòng vi dải này đều được sử dụng trong các ứng dụng vi sóng, nơi việc sử dụng các dây truyền cồng kềnh và tốn kém sẽ là một bất lợi.

Cấu trúc ranh giới mở

Chúng cũng có thể được nêu là Open Electromagnetic Waveguides. Một ống dẫn sóng không hoàn toàn được bao bọc trong một tấm chắn kim loại, có thể được coi là một ống dẫn sóng hở. Không gian trống cũng được coi là một loại ống dẫn sóng mở.

Một ống dẫn sóng hở có thể được định nghĩa là bất kỳ thiết bị vật lý nào có đối xứng trục dọc và mặt cắt ngang không giới hạn, có khả năng dẫn sóng điện từ. Chúng sở hữu một quang phổ không còn rời rạc. Các đường dải siêu nhỏ và sợi quang cũng là những ví dụ về ống dẫn sóng mở.

Nói chung, nếu tần số của một tín hiệu hoặc một dải tín hiệu cụ thể cao, thì việc sử dụng băng thông sẽ cao vì tín hiệu cung cấp nhiều không gian hơn cho các tín hiệu khác được tích lũy. Tuy nhiên, tín hiệu tần số cao không thể truyền đi khoảng cách xa hơn mà không bị suy giảm. Chúng tôi đã nghiên cứu rằng đường truyền giúp tín hiệu truyền đi khoảng cách xa hơn.

Vi sóng lan truyền qua các mạch, linh kiện và thiết bị vi sóng, chúng hoạt động như một bộ phận của đường truyền Vi sóng, được gọi rộng rãi là Ống dẫn sóng.

Một ống kim loại rỗng có tiết diện đều để truyền sóng điện từ do phản xạ liên tiếp từ thành trong của ống được gọi là Waveguide.

Hình sau đây cho thấy một ví dụ về ống dẫn sóng.

Một ống dẫn sóng thường được ưu tiên trong truyền thông vi sóng. Ống dẫn sóng là một dạng đường truyền đặc biệt, là một ống kim loại rỗng. Không giống như đường truyền, ống dẫn sóng không có dây dẫn trung tâm.

Các đặc điểm chính của Ống dẫn sóng là -

• Thành ống cung cấp điện cảm phân bố.

• Không gian trống giữa các thành ống cung cấp điện dung phân bố.

• Đây là những thứ cồng kềnh và đắt tiền.

Ưu điểm của ống dẫn sóng

Sau đây là một số ưu điểm của Ống dẫn sóng.

• Ống dẫn sóng rất dễ sản xuất.

• Chúng có thể xử lý công suất rất lớn (tính bằng kilo watt).

• Tổn thất điện năng rất không đáng kể trong ống dẫn sóng.

• Họ cung cấp tổn thất rất thấp (giá trị suy giảm alpha thấp).

• Khi năng lượng vi sóng truyền qua ống dẫn sóng, nó bị tổn thất thấp hơn so với cáp đồng trục.

Các loại ống dẫn sóng

Có năm loại ống dẫn sóng.

• Ống dẫn sóng hình chữ nhật
• Ống dẫn sóng tròn
• Ống dẫn sóng hình elip
• Ống dẫn sóng một rãnh
• Ống dẫn sóng kép

Các hình sau cho thấy các loại ống dẫn sóng.

Các loại ống dẫn sóng được trình bày ở trên là rỗng ở trung tâm và được tạo thành từ các bức tường bằng đồng. Chúng có một lớp mỏng Au hoặc Ag ở bề mặt bên trong.

Bây giờ chúng ta hãy so sánh các đường truyền và ống dẫn sóng.

Đường truyền Vs Ống dẫn sóng

Sự khác biệt chính giữa đường truyền và đường dẫn sóng là -

• A two conductor structure có thể hỗ trợ sóng TEM là một đường truyền.

• A one conductor structure có thể hỗ trợ sóng TE hoặc sóng TM nhưng không hỗ trợ sóng TEM được gọi là ống dẫn sóng.

Bảng sau đây đưa ra sự khác biệt giữa đường truyền và ống dẫn sóng.

Đường truyền	Ống dẫn sóng
Hỗ trợ sóng TEM	Không thể hỗ trợ sóng TEM
Tất cả các tần số có thể đi qua	Chỉ những tần số lớn hơn tần số cắt mới có thể đi qua
Hai dây dẫn truyền	Một dây dẫn truyền
Phản xạ ít hơn	Một sóng truyền qua phản xạ từ các bức tường của ống dẫn sóng
Nó có một trở kháng đặc trưng	Nó có trở kháng sóng
Sự lan truyền của sóng theo "Thuyết mạch"	Sự lan truyền của sóng theo "Thuyết trường"
Nó có một dây dẫn quay trở lại trái đất	Dây dẫn trở lại không cần thiết vì phần thân của ống dẫn sóng hoạt động như đất
Băng thông không giới hạn	Băng thông bị giới hạn
Sóng không phân tán	Sóng bị phân tán

Vận tốc pha

Vận tốc pha là tốc độ mà sóng thay đổi pha của nó để trải qua sự dịch chuyển pha 2πrađian. Nó có thể được hiểu là sự thay đổi vận tốc của các thành phần sóng của sóng hình sin, khi được điều chế.

Hãy để chúng tôi suy ra một phương trình cho vận tốc pha.

Theo định nghĩa, tốc độ thay đổi pha ở 2π radian sẽ được xem xét.

Nghĩa là, $λ$ / $T$ vì thế,

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

Ở đâu,

$ λ $ = bước sóng và $ T $ = thời gian

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

Vì $ f = \ frac {1} {T} $

Nếu chúng ta nhân tử số và mẫu số với 2π sau đó chúng tôi có

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

Chúng tôi biết rằng $ \ omega = 2 \ pi f $ and $ \ beta = \ frac {2 \ pi} {f} $

Phương trình trên có thể được viết dưới dạng,

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

Do đó, phương trình vận tốc pha được biểu diễn dưới dạng

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

Vận tốc nhóm

Nhóm Vận tốc có thể được định nghĩa là tốc độ mà sóng truyền qua ống dẫn sóng. Điều này có thể được hiểu là tốc độ mà một phong bì điều biến di chuyển so với một mình tàu sân bay. Sóng điều biến này truyền qua ống dẫn sóng.

Phương trình của Vận tốc nhóm được biểu diễn dưới dạng

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

Vận tốc của đường bao điều chế thường chậm hơn so với tín hiệu sóng mang.

Trong chương này, chúng ta sẽ thảo luận về các thành phần vi sóng như bóng bán dẫn vi sóng và các loại điốt khác nhau.

Bóng bán dẫn vi sóng

Cần phải phát triển các bóng bán dẫn đặc biệt để chịu được các tần số vi sóng. Do đó đối với các ứng dụng vi sóng,silicon n-p-n transistorscó thể cung cấp đủ năng lượng ở tần số vi ba đã được phát triển. Chúng có công suất thường là 5 watt ở tần số 3GHz với mức tăng 5dB. Hình vẽ mặt cắt ngang của một bóng bán dẫn như vậy được thể hiện trong hình sau.

Cấu tạo của bóng bán dẫn vi sóng

An n loại lớp biểu mô được phát triển trên n+chất nền tạo nên bộ thu. Về điều nàynvùng, một lớp SiO2 được tăng trưởng nhiệt. Ap-base và pha tạp nhiều n-emittersđược khuếch tán vào đế. Các khe hở được làm bằng Oxit cho các tiếp điểm Ohmic. Các kết nối được thực hiện song song.

Các bóng bán dẫn như vậy có dạng hình học bề mặt được phân loại là xen kẽ, lớp phủ hoặc ma trận. Các hình thức này được thể hiện trong hình sau.

Các bóng bán dẫn công suất sử dụng tất cả ba dạng hình học bề mặt.

Các bóng bán dẫn tín hiệu nhỏ sử dụng hình học bề mặt xen kẽ. Cấu trúc xen kẽ phù hợp cho các ứng dụng tín hiệu nhỏ trong các băng tần L, S và C.

Hình học ma trận đôi khi được gọi là lưới hoặc lưới phát. Cấu trúc Lớp phủ và Ma trận hữu ích như các thiết bị nguồn trong vùng UHF và VHF.

Hoạt động của bóng bán dẫn vi sóng

Trong bóng bán dẫn vi sóng, ban đầu các điểm nối đế cực phát và cực thu được phân cực ngược. Trên ứng dụng của tín hiệu vi ba, điểm nối cơ sở phát trở thành phân cực thuận. Nếu mộtp-n-pbóng bán dẫn được coi là ứng dụng của đỉnh tích cực của tín hiệu, phân cực thuận cho đường giao nhau phát-cơ sở, làm cho các lỗ trôi về đế âm mỏng. Các lỗ tiếp tục tăng tốc đến cực âm của điện áp phân cực giữa bộ thu và các cực cơ sở. Một tải được kết nối tại bộ thu, nhận một xung hiện tại.

Thiết bị trạng thái rắn

Việc phân loại trạng thái rắn Các thiết bị vi sóng có thể được thực hiện -

• Tùy thuộc vào hành vi điện của chúng

  • Loại điện trở phi tuyến tính.

    Ví dụ - Varistors (biến trở)

  • Loại điện kháng không tuyến tính.

    Ví dụ - Varactors (lò phản ứng biến đổi)

  • Loại điện trở âm.

    Ví dụ - Diode đường hầm, Diode Impatt, Diode Gunn

  • Loại trở kháng có thể điều khiển.

    Ví dụ - Diode PIN

• Tùy thuộc vào cấu trúc của chúng
  • Điểm tiếp xúc điốt
  • Điốt rào cản Schottky
  • Thiết bị bán dẫn oxit kim loại (MOS)
  • Thiết bị cách nhiệt kim loại

Các loại điốt mà chúng tôi đề cập ở đây có rất nhiều công dụng như khuếch đại, phát hiện, tạo nguồn, chuyển pha, chuyển đổi xuống, chuyển đổi lên, hạn chế điều chế, chuyển mạch, v.v.

Diode Varactor

Một điện dung biến đổi điện áp của một đường giao nhau phân cực ngược có thể được gọi là điốt Varactor. Diode varactor là một thiết bị bán dẫn trong đó điện dung mối nối có thể thay đổi như một chức năng của phân cực ngược của diode. Đặc tính CV của một diode Varactor điển hình và các ký hiệu của nó được thể hiện trong hình sau.

Điện dung của đường giao nhau phụ thuộc vào điện áp đặt vào và thiết kế đường giao nhau. Chúng ta biết rằng,

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

Ở đâu

• $ C_j $ = Điện dung mối nối

• $ V_r $ = Điện áp phân cực ngược

• $n$ = Một tham số quyết định loại đường giao nhau

Nếu điểm tiếp giáp được phân cực ngược, các sóng mang di động sẽ làm cạn kiệt điểm tiếp giáp, dẫn đến một số điện dung, trong đó điốt hoạt động như một tụ điện, với điểm tiếp giáp hoạt động như một chất điện môi. Điện dung giảm khi phân cực ngược tăng.

Bao bọc của diode chứa các dây dẫn điện được gắn vào tấm bán dẫn và một dây dẫn gắn vào vỏ gốm. Hình sau đây cho thấy một diode Varactor vi sóng trông như thế nào.

Chúng có khả năng xử lý công suất lớn và điện áp đánh thủng ngược lớn. Chúng có tiếng ồn thấp. Mặc dù sự thay đổi trong điện dung tiếp giáp là một yếu tố quan trọng trong điốt này, nhưng điện trở ký sinh, điện dung và độ dẫn có liên quan đến mọi điốt thực tế, nên được giữ ở mức thấp.

Các ứng dụng của Varactor Diode

Điốt varactor được sử dụng trong các ứng dụng sau:

• Tăng chuyển đổi
• Bộ khuếch đại tham số
• Tạo xung
• Tạo xung
• Chuyển mạch
• Điều chế tín hiệu vi ba

Diode rào cản Schottky

Đây là một diode đơn giản thể hiện trở kháng phi tuyến tính. Các điốt này chủ yếu được sử dụng để phát hiện và trộn vi sóng.

Cấu tạo của Schottky Barrier Diode

Một viên bán dẫn được gắn trên một đế kim loại. Một dây có lò xo được nối với một đầu nhọn vào viên silicon này. Điều này có thể dễ dàng được gắn vào các đường dây đồng trục hoặc ống dẫn sóng. Hình sau đây cho ta một bức tranh rõ ràng về công trình.

Hoạt động của Schottky Barrier Diode

Với sự tiếp xúc giữa chất bán dẫn và kim loại, một vùng suy giảm được hình thành. Tương đối, vùng kim loại có chiều rộng suy giảm nhỏ hơn. Khi có sự tiếp xúc, dòng electron xảy ra từ chất bán dẫn sang kim loại. Sự suy giảm này hình thành một điện tích không gian dương trong chất bán dẫn và điện trường chống lại dòng chảy tiếp theo, dẫn đến việc tạo ra một rào cản tại bề mặt phân cách.

Trong quá trình phân cực thuận, chiều cao rào cản giảm đi và các điện tử bị tiêm vào kim loại, trong khi trong phân cực ngược, chiều cao rào cản tăng lên và việc tiêm điện tử gần như dừng lại.

Ưu điểm của Schottky Barrier Diode

Đây là những ưu điểm sau.

• Giá thấp
• Simplicity
• Reliable
• Con số tiếng ồn 4 đến 5dB

Các ứng dụng của Schottky Barrier Diode

Đây là những ứng dụng sau đây.

• Máy trộn tiếng ồn thấp
• Bộ trộn cân bằng trong radar sóng liên tục
• Máy dò vi sóng

Thiết bị hiệu ứng Gunn

JB Gunn đã phát hiện ra các dao động tuần hoàn của dòng điện chạy qua n-type GaAsmẫu khi điện áp đặt vào vượt quá một giá trị tới hạn nhất định. Trong các điốt này, có hai chỗ lõm,L & U valleystrong vùng dẫn và sự chuyển điện tử xảy ra giữa chúng, phụ thuộc vào điện trường đặt vào. Tác động của sự đảo ngược dân số từ thung lũng L thấp hơn lên trên thung lũng chữ U được gọi làTransfer Electron Effect và do đó chúng được gọi là Transfer Electron Devices (TED).

Các ứng dụng của Điốt Gunn

Điốt Gunn được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị sau:

• Máy phát radar
• Người vận chuyển trong kiểm soát không lưu
• Hệ thống đo từ xa công nghiệp
• Bộ dao động điện
• Mạch logic
• Bộ khuếch đại tuyến tính băng rộng

Quá trình có độ trễ giữa điện áp và dòng điện, trong tuyết lở cùng với thời gian vận chuyển, xuyên qua vật liệu được cho là Điện trở âm. Các thiết bị giúp tạo ra một diode thể hiện đặc tính này được gọi làAvalanche transit time devices.

Ví dụ về các thiết bị thuộc danh mục này là điốt IMPATT, TRAPATT và BARITT. Hãy để chúng tôi xem xét từng chi tiết.

Điốt IMPATT

Đây là một diode bán dẫn công suất cao, được sử dụng trong các ứng dụng vi sóng tần số cao. IMPATT dạng đầy đủ làIMPact ionization Avalanche Transit Time diode.

Một gradient điện áp khi được đặt vào diode IMPATT, dẫn đến dòng điện cao. Một diode bình thường cuối cùng sẽ bị hỏng bởi điều này. Tuy nhiên, diode IMPATT được phát triển để chịu được tất cả những điều này. Một gradient tiềm năng cao được áp dụng để phân cực ngược diode và do đó các hạt tải điện thiểu số chạy qua đường giao nhau.

Ứng dụng của điện áp xoay chiều RF nếu được đặt chồng lên điện áp một chiều cao, vận tốc của lỗ trống và điện tử tăng lên dẫn đến tạo thêm lỗ trống và điện tử bằng cách đẩy chúng ra khỏi cấu trúc tinh thể bằng cách tác động ion hóa. Nếu trường DC ban đầu được áp dụng ở ngưỡng phát triển tình huống này, thì nó dẫn đến sự nhân lên của dòng tuyết lở và quá trình này tiếp tục. Điều này có thể được hiểu bằng hình sau.

Do hiệu ứng này, xung hiện tại có sự lệch pha 90 °. Tuy nhiên, thay vì ở đó, nó di chuyển về phía cực âm do phân cực ngược được áp dụng. Thời gian cần thiết để xung đến catốt phụ thuộc vào độ dày củan+, được điều chỉnh để làm cho nó lệch pha 90 °. Bây giờ, một điện trở âm RF động được chứng minh là tồn tại. Do đó, diode IMPATT hoạt động như một bộ dao động và một bộ khuếch đại.

Hình sau cho thấy các chi tiết cấu tạo của một diode IMPATT.

Hiệu quả của diode IMPATT được biểu thị bằng

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

Ở đâu,

• $ P_ {ac} $ = Nguồn AC

• $ P_ {dc} $ = Nguồn DC

• $ V_a \: \ & \: I_a $ = Điện áp và dòng điện xoay chiều

• $ V_d \: \ & \: I_d $ = Điện áp và dòng điện DC

Nhược điểm

Sau đây là những nhược điểm của diode IMPATT.

• Nó là ồn ào như tuyết lở là một quá trình ồn ào
• Phạm vi điều chỉnh không tốt như trong điốt Gunn

Các ứng dụng

Sau đây là các ứng dụng của diode IMPATT.

• Bộ dao động vi sóng
• Máy phát điện vi sóng
• Bộ dao động đầu ra được điều chế
• Máy thu cục bộ dao động
• Khuếch đại điện trở âm
• Mạng báo động xâm nhập (IMPATT Q cao)
• Radar cảnh sát (IMPATT Q cao)
• Máy phát vi sóng công suất thấp (Q IMPATT cao)
• Máy phát sóng viễn thông FM (IMPATT thấp Q thấp)
• Máy phát radar CW Doppler (Q IMPATT thấp)

Điốt TRAPATT

Dạng đầy đủ của diode TRAPATT là TRApped Plasma Avalanche Triggered Transit diode. Một máy phát vi sóng hoạt động từ hàng trăm MHz đến GHz. Đây là những điốt công suất đỉnh cao thườngn+- p-p+ hoặc là p+-n-n+cấu trúc có vùng suy giảm loại n, chiều rộng thay đổi từ 2,5 đến 1,25 µm. Hình sau mô tả điều này.

Các điện tử và lỗ trống bị mắc kẹt trong vùng trường thấp phía sau vùng, được tạo ra để lấp đầy vùng suy giảm trong điốt. Điều này được thực hiện bởi một vùng tuyết lở trường cao lan truyền qua diode.

Hình sau cho thấy một đồ thị trong đó AB cho thấy sự sạc, BC cho thấy sự hình thành huyết tương, DE cho thấy sự chiết xuất huyết tương, EF cho thấy phần chiết xuất còn lại và FG cho thấy sự sạc.

Hãy để chúng tôi xem điều gì xảy ra ở mỗi điểm.

A:Điện áp tại điểm A không đủ để xảy ra sự cố do tuyết lở. Tại A, các hạt tải điện do quá trình sinh nhiệt dẫn đến việc nạp điện cho diode giống như một điện dung tuyến tính.

A-B:Tại thời điểm này, độ lớn của điện trường tăng lên. Khi sinh ra đủ số hạt tải điện thì điện trường trong toàn vùng suy giảm làm hiệu điện thế giảm dần từ B đến C.

C:Điện tích này giúp tuyết lở tiếp tục và một plasma dày đặc của các điện tử và lỗ trống được tạo ra. Trường tiếp tục bị suy giảm để không cho các điện tử hoặc lỗ trống ra khỏi lớp suy giảm và giữ lại plasma còn lại.

D: Điện thế giảm tại điểm D. Cần một thời gian dài để làm sạch plasma vì tổng điện tích plasma lớn so với điện tích trên một đơn vị thời gian của dòng điện ngoài.

E:Tại điểm E, huyết tương bị loại bỏ. Các điện tích dư của lỗ trống và êlectron vẫn còn ở mỗi đầu của lớp lệch.

E to F: Điện áp tăng khi loại bỏ điện tích dư.

F: Tại điểm F, tất cả điện tích được tạo ra bên trong bị loại bỏ.

F to G: Điốt tích điện giống như một tụ điện.

G:Tại điểm G, dòng điện điốt về 0 trong nửa chu kỳ. Hiệu điện thế không đổi như hình trên. Trạng thái này tiếp tục cho đến khi dòng điện chạy trở lại và chu kỳ lặp lại.

Vận tốc vùng tuyết lở $ V_s $ được biểu thị bằng

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

Ở đâu

• $J$ = Mật độ hiện tại

• $q$= Điện tích điện tử 1,6 x 10 ^-19

• $ N_A $ = Nồng độ doping

Vùng tuyết lở sẽ nhanh chóng quét qua hầu hết các diode và thời gian vận chuyển của các tàu sân bay được biểu thị bằng

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

Ở đâu

• $ V_s $ = Vận tốc trôi của sóng mang bão hòa

• $ L $ = Chiều dài của mẫu

Thời gian vận chuyển được tính ở đây là thời gian từ khi tiêm thuốc đến khi lấy thuốc. Hành động lặp lại làm tăng đầu ra để biến nó thành bộ khuếch đại, trong khi bộ lọc thông thấp vi sóng được kết nối trong shunt với mạch có thể làm cho nó hoạt động như một bộ dao động.

Các ứng dụng

Có rất nhiều ứng dụng của diode này.

• Radar Doppler công suất thấp
• Bộ tạo dao động cục bộ cho radar
• Hệ thống hạ cánh đèn hiệu vi sóng
• Máy đo độ cao vô tuyến
• Radar mảng pha, v.v.

Diode BARITT

Hình thức đầy đủ của BARITT Diode is BARrier Injection Transit Time diode. Đây là phát minh mới nhất trong gia đình này. Mặc dù các điốt này có vùng trôi dài như điốt IMPATT, việc tiêm hạt tải điện trong điốt BARITT là do các điểm nối phân cực thuận, chứ không phải từ plasma của vùng tuyết lở như trong chúng.

Trong điốt IMPATT, việc tiêm hạt tải điện là khá ồn do sự ion hóa do va chạm. Trong điốt BARITT, để tránh tiếng ồn, việc tiêm hạt tải điện được cung cấp bằng cách đục lỗ qua vùng suy giảm. Điện trở âm trong một diode BARITT thu được do sự trôi của các lỗ được bơm vào đầu thu của diode, được làm bằng vật liệu loại p.

Hình sau cho thấy các chi tiết cấu tạo của một diode BARITT.

Cho một m-n-m Điốt BARITT, Ps-Si Rào cản Schottky tiếp xúc kim loại với n-type Si waferở giữa. Sự gia tăng nhanh chóng của dòng điện với điện áp đặt vào (trên 30v) là do sự tiêm lỗ trống nhiệt điện vào chất bán dẫn.

Điện áp tới hạn $ (Vc) $ phụ thuộc vào hằng số pha tạp $ (N) $, chiều dài của chất bán dẫn $ (L) $ và độ cho phép của chất điện môi bán dẫn $ (\ epsilon S) $ được biểu thị bằng

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

Mạch tích hợp vi sóng nguyên khối (MMIC)

IC vi sóng là giải pháp thay thế tốt nhất cho các mạch dẫn sóng hoặc mạch đồng trục thông thường, vì chúng có trọng lượng thấp, kích thước nhỏ, độ tin cậy cao và có thể tái tạo. Các vật liệu cơ bản được sử dụng cho các mạch tích hợp vi sóng nguyên khối là:

• Vật liệu nền
• Vật liệu dẫn
• Phim điện môi
• Phim điện trở

Chúng được lựa chọn để có các đặc tính lý tưởng và hiệu quả cao. Chất nền mà các phần tử mạch được chế tạo là rất quan trọng vì hằng số điện môi của vật liệu phải cao với hệ số tiêu tán thấp, cùng với các đặc tính lý tưởng khác. Vật liệu nền được sử dụng là GaAs, Ferrite / garnet, Aluminium, berili, thủy tinh và rutil.

Vật liệu làm dây dẫn được chọn để có độ dẫn điện cao, hệ số nhiệt độ thấp, độ bám dính tốt với chất nền và vật liệu ăn mòn, vv Nhôm, đồng, vàng và bạc chủ yếu được sử dụng làm vật liệu dẫn. Vật liệu điện môi và vật liệu điện trở được chọn để có tổn thất thấp và ổn định tốt.

Công nghệ chế tạo

Trong mạch tích hợp lai, các linh kiện bán dẫn và phần tử mạch thụ động được hình thành trên một chất nền điện môi. Các mạch thụ động là các phần tử phân bố hoặc gộp, hoặc kết hợp cả hai.

Các mạch tích hợp lai có hai loại.

• IC lai
• IC lai thu nhỏ

Trong cả hai quá trình trên, vi mạch lai sử dụng các phần tử mạch phân tán được chế tạo trên vi mạch bằng kỹ thuật kim loại hóa một lớp, trong khi vi mạch lai thu nhỏ sử dụng các phần tử đa cấp.

Hầu hết các mạch tương tự sử dụng công nghệ cách ly meso để cô lập các khu vực loại n hoạt động được sử dụng cho FET và điốt. Mạch phẳng được chế tạo bằng cách cấy các ion vào chất nền bán cách điện, và để cách ly các khu vực được che đi.

"Via hole"công nghệ được sử dụng để kết nối nguồn với các điện cực nguồn nối với đất, trong GaAs FET, được thể hiện trong hình sau.

Có rất nhiều ứng dụng của MMIC.

• Giao tiếp quân sự
• Radar
• ECM
• Hệ thống ăng ten mảng theo giai đoạn
• Hệ thống trải phổ và TDMA

Chúng tiết kiệm chi phí và cũng được sử dụng trong nhiều ứng dụng tiêu dùng trong nước như DTH, viễn thông và thiết bị đo đạc, v.v.

Cũng giống như các hệ thống khác, hệ thống Vi sóng bao gồm nhiều thành phần Vi sóng, chủ yếu với nguồn ở một đầu và tải ở đầu kia, tất cả đều được kết nối với ống dẫn sóng hoặc cáp đồng trục hoặc hệ thống đường truyền.

Sau đây là các thuộc tính của ống dẫn sóng.

• SNR cao
• Suy hao thấp
• Giảm mức độ chèn

Chức năng vi sóng ống dẫn sóng

Hãy xem xét một ống dẫn sóng có 4 cổng. Nếu nguồn được cấp cho một cổng, nó sẽ đi qua tất cả 3 cổng theo một tỷ lệ nào đó trong đó một số cổng có thể phản xạ trở lại từ cùng một cổng. Khái niệm này được mô tả rõ ràng trong hình sau.

Tham số tán xạ

Đối với mạng hai cổng, như thể hiện trong hình sau, nếu nguồn được cấp tại một cổng, như chúng ta vừa thảo luận, hầu hết nguồn điện thoát ra từ cổng khác, trong khi một số phản xạ trở lại cùng một cổng. Trong hình sau, nếuV₁ hoặc là V₂ được áp dụng, sau đó I₁ hoặc là I₂ dòng điện chạy tương ứng.

Nếu nguồn được áp dụng cho cổng đối diện, hai kết hợp khác sẽ được xem xét. Vì vậy, đối với mạng hai cổng, kết hợp 2 × 2 = 4 có khả năng xảy ra.

Các sóng truyền đi với các công suất liên quan khi phân tán ra ngoài qua các cổng, điểm giao nhau của Vi sóng có thể được xác định bằng Tham số S hoặc Scattering Parameters, được biểu diễn dưới dạng ma trận, được gọi là "Scattering Matrix".

Ma trận tán xạ

Nó là một ma trận vuông cung cấp tất cả các kết hợp của các mối quan hệ công suất giữa các cổng đầu vào và đầu ra khác nhau của điểm nối Lò vi sóng. Các phần tử của ma trận này được gọi là"Scattering Coefficients" hoặc là "Scattering (S) Parameters".

Hãy xem xét hình sau.

Tại đây, nguồn được kết nối qua đường $ i ^ {th} $ trong khi $ a_1 $ là sóng tới và $ b_1 $ là sóng phản xạ.

Nếu một quan hệ được cung cấp giữa $ b_1 $ và $ a_1 $,

$$ b_1 = (phản xạ \: \: hệ số) a_1 = S_ {1i} a_1 $$

Ở đâu

• $ S_ {1i} $ = Hệ số phản xạ của dòng $ 1 ^ {st} $ (trong đó $ i $ là cổng đầu vào và $ 1 $ là cổng đầu ra)

• $ 1 $ = Phản ánh từ $ 1 ^ {st} $ dòng

• $ i $ = Nguồn được kết nối tại dòng $ i ^ {th} $

Nếu trở kháng phù hợp, thì công suất sẽ được chuyển đến tải. Không có khả năng xảy ra, nếu trở kháng tải không khớp với trở kháng đặc tính. Sau đó, phản xạ xảy ra. Điều đó có nghĩa là, phản xạ xảy ra nếu

$$ Z_l \ neq Z_o $$

Tuy nhiên, nếu sự không khớp này có ở nhiều cổng, ví dụ như cổng $ 'n' $, thì $ i = 1 $ đến $ n $ (vì $ i $ có thể là bất kỳ dòng nào từ $ 1 $ đến $ n $).

Do đó, chúng tôi có

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

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

$$. $$

$$. $$

$$. $$

$$. $$

$$. $$

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

Khi toàn bộ điều này được giữ ở dạng ma trận,

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

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

Ma trận cột $ \ left [b \ right] $ tương ứng với sóng phản xạ hoặc đầu ra, trong khi ma trận $ \ left [a \ right] $ tương ứng với sóng tới hoặc đầu vào. Ma trận cột tán xạ $ \ left [s \ right] $ có thứ tự $ n \ times n $ chứa hệ số phản xạ và hệ số truyền. Vì thế,

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

Thuộc tính của Ma trận [S]

Ma trận tán xạ được chỉ định là ma trận $ [S] $. Có một số thuộc tính tiêu chuẩn cho ma trận $ [S] $. Họ là -

• $ [S] $ luôn là ma trận vuông có bậc (nxn)

  $ [S] _ {n \ lần n} $

• $ [S] $ là một ma trận đối xứng

  tức là, $ S_ {ij} = S_ {ji} $

• $ [S] $ là một ma trận đơn nhất

  tức là, $ [S] [S] ^ * = I $

• Tổng các tích của mỗi số hạng của bất kỳ hàng hoặc cột nào nhân với liên hợp phức của các số hạng tương ứng của bất kỳ hàng hoặc cột nào khác bằng không. I E,

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

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

• Nếu khoảng cách điện giữa một số cổng $ k ^ {th} $ và đường giao nhau là $ \ beta _kI_k $, thì hệ số của $ S_ {ij} $ liên quan đến $ k $, sẽ được nhân với hệ số $ e ^ {- j \ beta kIk} $

Trong vài chương tiếp theo, chúng ta sẽ xem xét các loại tiếp giáp Microwave Tee.

Tiếp giáp E-Plane Tee được hình thành bằng cách gắn một ống dẫn sóng đơn giản vào kích thước rộng hơn của ống dẫn sóng hình chữ nhật, ống dẫn sóng này đã có hai cổng. Các nhánh của ống dẫn sóng hình chữ nhật làm cho hai cổng được gọi làcollinear ports tức là, Port1 và Port2, trong khi cái mới, Port3 được gọi là Side arm hoặc E-arm. T his E-plane Tee còn được gọi làSeries Tee.

Vì trục của cánh tay đòn song song với điện trường, đường giao nhau này được gọi là đường giao nhau E-Plane Tee. Điều này còn được gọi làVoltage hoặc là Series junction. Cổng 1 và 2 lệch pha với nhau 180 °. Các chi tiết về mặt cắt ngang của tee mặt phẳng E có thể được hiểu bằng hình sau.

Hình sau cho thấy kết nối được thực hiện bởi cánh tay đòn với ống dẫn sóng hai chiều để tạo thành cổng song song.

Thuộc tính của Tee E-Plane

Các thuộc tính của E-Plane Tee có thể được xác định bởi ma trận $ [S] _ {3x3} $ của nó.

Nó là một ma trận 3 × 3 vì có thể có 3 đầu vào và 3 đầu ra có thể.

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

Hệ số tán xạ $ S_ {13} $ và $ S_ {23} $ lệch pha nhau 180 ° với đầu vào ở cổng 3.

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

Cổng được kết hợp hoàn hảo với đường giao nhau.

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

Từ tính chất đối xứng,

$ S_ {ij} = S_ {ji} $

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

Xét các phương trình 3 & 4, ma trận $ [S] $ có thể được viết dưới dạng,

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

Chúng ta có thể nói rằng chúng ta có bốn ẩn số, xét tính chất đối xứng.

Từ thuộc tính Nhất thể

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

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

Nhân chúng ta nhận được,

(Lưu ý R là hàng và C là cột)

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

$ \ còn lại | S_ {11} \ right | ^ 2 + \ left | S_ {11} \ right | ^ 2 + \ left | S_ {11} \ right | ^ 2 = 1 $........ Equation 6

$ R_2C_2: \ trái | S_ {12} \ right | ^ 2 + \ left | S_ {22} \ right | ^ 2 + \ left | S_ {13} \ right | ^ 2 = 1 $......... Equation 7

$ R_3C_3: \ trái | S_ {13} \ right | ^ 2 + \ left | S_ {13} \ right | ^ 2 = 1 $......... Equation 8

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

Lập phương trình 6 & 7, ta được

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

Từ phương trình 8,

$ 2 \ còn lại | S_ {13} \ right | ^ 2 \ quad hoặc \ quad S_ {13} = \ frac {1} {\ sqrt {2}} $......... Equation 11

Từ phương trình 9,

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

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

Sử dụng các phương trình 10, 11 và 12 trong phương trình 6,

chúng tôi nhận được,

$ \ còn lại | S_ {11} \ right | ^ 2 + \ left | S_ {11} \ right | ^ 2 + \ frac {1} {2} = 1 $

$ 2 \ còn lại | S_ {11} \ right | ^ 2 = \ frac {1} {2} $

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

Thay các giá trị từ các phương trình trên trong ma trận $ [S] $,

Chúng tôi nhận được,

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

Chúng tôi biết rằng $ [b] $ = $ [S] [a] $

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

Đây là ma trận tán xạ cho E-Plane Tee, giải thích tính chất tán xạ của nó.

Tiếp giáp Tee mặt phẳng H được hình thành bằng cách gắn một ống dẫn sóng đơn giản vào một ống dẫn sóng hình chữ nhật đã có hai cổng. Các nhánh của ống dẫn sóng hình chữ nhật làm cho hai cổng được gọi làcollinear ports tức là, Port1 và Port2, trong khi cái mới, Port3 được gọi là Side arm hoặc H-arm. Tee mặt phẳng H này còn được gọi làShunt Tee.

Vì trục của cánh tay đòn song song với từ trường, đường giao nhau này được gọi là đường giao nhau H-Plane Tee. Điều này còn được gọi làCurrent junction, khi từ trường tự phân chia thành các nhánh. Các chi tiết về mặt cắt ngang của tee mặt phẳng H có thể được hiểu bằng hình sau.

Hình dưới đây cho thấy kết nối được thực hiện bởi sidearm với ống dẫn sóng hai chiều để tạo thành cổng nối tiếp.

Thuộc tính của Tăm mặt phẳng H

Các thuộc tính của H-Plane Tee có thể được xác định bởi ma trận $ \ left [S \ right] _ {3 \ times 3} $ của nó.

Nó là một ma trận 3 × 3 vì có thể có 3 đầu vào và 3 đầu ra có thể.

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

Các hệ số tán xạ $ S_ {13} $ và $ S_ {23} $ ở đây bằng nhau vì đường giao nhau đối xứng trong mặt phẳng.

Từ tính chất đối xứng,

$ S_ {ij} = S_ {ji} $

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

Cổng được kết hợp hoàn hảo

$ S_ {33} = 0 $

Bây giờ, ma trận $ [S] $ có thể được viết dưới dạng,

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

Chúng ta có thể nói rằng chúng ta có bốn ẩn số, xét tính chất đối xứng.

Từ thuộc tính Nhất thể

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

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

Nhân chúng ta nhận được,

(Lưu ý R là hàng và C là cột)

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

$ \ còn lại | S_ {11} \ right | ^ 2 + \ left | S_ {12} \ right | ^ 2 + \ left | S_ {13} \ right | ^ 2 = 1 $........ Equation 3

$ R_2C_2: \ trái | S_ {12} \ right | ^ 2 + \ left | S_ {22} \ right | ^ 2 + \ left | S_ {13} \ right | ^ 2 = 1 $......... Equation 4

$ R_3C_3: \ trái | S_ {13} \ right | ^ 2 + \ left | S_ {13} \ right | ^ 2 = 1 $......... Equation 5

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

$ 2 \ còn lại | S_ {13} \ right | ^ 2 = 1 \ quad hoặc \ quad S_ {13} = \ frac {1} {\ sqrt {2}} $......... Equation 7

$ \ còn lại | S_ {11} \ right | ^ 2 = \ left | S_ {22} \ right | ^ 2 $

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

Từ phương trình 6, $ S_ {13} \ left (S_ {11} ^ {*} + S_ {12} ^ {*} \ right) = 0 $

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

Hoặc $ S_ {11} = -S_ {12} \: \: hoặc \: \: S_ {12} = -S_ {11} $......... Equation 9

Sử dụng chúng trong phương trình 3,

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

$ \ còn lại | S_ {11} \ right | ^ 2 + \ left | S_ {11} \ right | ^ 2 + \ frac {1} {2} = 1 \ quad hoặc \ quad 2 \ left | S_ {11} \ right | ^ 2 = \ frac {1} {2} \ quad hoặc \ quad S_ {11} = \ frac {1} {2} $..... Equation 10

Từ phương trình 8 và 9,

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

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

Thay thế cho $ S_ {13} $, $ S_ {11} $, $ S_ {12} $ và $ S_ {22} $ từ phương trình 7 và 10, 11 và 12 trong phương trình 2,

Chúng tôi nhận được,

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

Chúng tôi biết rằng $ [b] $ = $ [s] [a] $

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

Đây là ma trận tán xạ cho H-Plane Tee, giải thích tính chất tán xạ của nó.

Một điểm nối EH Plane Tee được hình thành bằng cách gắn hai ống dẫn sóng đơn giản song song và nối tiếp với một ống dẫn sóng hình chữ nhật đã có hai cổng. Điều này còn được gọi làMagic Tee, hoặc là Hybrid hoặc là 3dB coupler.

Các nhánh của ống dẫn sóng hình chữ nhật làm cho hai cổng được gọi là collinear ports tức là, Cổng 1 và Cổng 2, trong khi Cổng 3 được gọi là H-Arm hoặc là Sum port hoặc là Parallel port. Cổng 4 được gọi làE-Arm hoặc là Difference port hoặc là Series port.

Chi tiết mặt cắt của Magic Tee có thể được hiểu bằng hình sau.

Hình dưới đây cho thấy kết nối được thực hiện bởi các nhánh bên với ống dẫn sóng hai chiều để tạo thành cả cổng song song và cổng nối tiếp.

Đặc điểm của EH Plane Tee

• Nếu một tín hiệu có độ lớn và pha bằng nhau được gửi đến cổng 1 và cổng 2, thì đầu ra ở cổng 4 bằng 0 và đầu ra ở cổng 3 sẽ là cộng của cả cổng 1 và 2.

• Nếu tín hiệu được gửi đến cổng 4, (E-arm) thì nguồn được chia đều cho cổng 1 và 2 nhưng ngược pha, trong khi sẽ không có đầu ra ở cổng 3. Do đó, $ S_ {34} $ = 0 .

• Nếu tín hiệu được cấp ở cổng 3, thì công suất được chia đều cho cổng 1 và 2, trong khi sẽ không có đầu ra ở cổng 4. Do đó, $ S_ {43} $ = 0.

• Nếu một tín hiệu được cấp tại một trong các cổng thẳng hàng, thì sẽ không có đầu ra nào ở cổng thẳng hàng kia, vì nhánh E tạo ra trễ pha và nhánh H tạo ra trước pha. Vì vậy, $ S_ {12} $ = $ S_ {21} $ = 0.

Thuộc tính của EH Plane Tee

Các thuộc tính của EH Plane Tee có thể được xác định bởi ma trận $ \ left [S \ right] _ {4 \ times 4} $ của nó.

Nó là ma trận 4 × 4 vì có thể có 4 đầu vào và 4 đầu ra.

$ [S] = \ begin {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

Vì nó có phần H-Plane Tee

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

Vì nó có phần E-Plane Tee

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

Cổng E-Arm và cổng H-Arm bị cô lập đến mức cổng còn lại sẽ không cung cấp đầu ra, nếu đầu vào được áp dụng tại một trong số chúng. Do đó, điều này có thể được lưu ý là

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

Từ tính chất đối xứng, chúng ta có

$ 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

Nếu cổng 3 và 4 hoàn toàn khớp với đường giao nhau, thì

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

Thay tất cả các phương trình trên vào phương trình 1, để thu được ma trận $ [S] $,

$ [S] = \ begin {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

Từ thuộc tính Nhất thể, $ [S] [S] ^ \ ast = [I] $

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

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

$ R_1C_1: \ còn lại | S_ {11} \ right | ^ 2 + \ left | S_ {12} \ right | ^ 2 + \ left | S_ {13} \ right | ^ 2 = 1 + \ left | S_ {14} \ right | ^ 2 = 1 $......... Equation 8

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

$ R_3C_3: \ trái | S_ {13} \ right | ^ 2 + \ left | S_ {13} \ right | ^ 2 = 1 $......... Equation 10

$ R_4C_4: \ trái | S_ {14} \ right | ^ 2 + \ left | S_ {14} \ right | ^ 2 = 1 $......... Equation 11

Từ phương trình 10 và 11, chúng ta nhận được

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

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

So sánh phương trình 8 và 9, ta có

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

Sử dụng các giá trị này từ các phương trình 12 và 13, chúng tôi nhận được

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

$ \ còn lại | S_ {11} \ right | ^ 2 + \ left | S_ {12} \ right | ^ 2 = 0 $

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

Từ phương trình 9, chúng ta nhận được $ S_ {22} = 0 $ ......... Equation 16

Bây giờ chúng ta hiểu rằng cổng 1 và 2 hoàn toàn phù hợp với đường giao nhau. Vì đây là điểm giao nhau 4 cổng, bất cứ khi nào hai cổng khớp hoàn toàn, hai cổng còn lại cũng khớp hoàn hảo với điểm giao nhau.

Điểm giao nhau mà tất cả bốn cổng được kết hợp hoàn hảo được gọi là Magic Tee Junction.

Bằng cách thay thế các phương trình từ 12 đến 16, trong ma trận $ [S] $ của phương trình 7, chúng ta thu được ma trận tán xạ của Magic Tee là

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

Chúng tôi đã biết rằng, $ [b] $ = $ [S] [a] $

Viết lại những điều trên, chúng tôi nhận được

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

Các ứng dụng của EH Plane Tee

Một số ứng dụng phổ biến nhất của EH Plane Tee như sau:

• Tiếp giáp EH Plane được sử dụng để đo trở kháng - Một đầu báo rỗng được kết nối với cổng E-Arm trong khi nguồn Vi sóng được kết nối với cổng H-Arm. Các cổng thẳng hàng cùng với các cổng này tạo thành một cầu nối và phép đo trở kháng được thực hiện bằng cách cân bằng cầu nối.

• EH Plane Tee được sử dụng như một bộ song công - Bộ song công là một mạch hoạt động như một máy phát và máy thu, sử dụng một ăng-ten duy nhất cho cả hai mục đích. Cổng 1 và 2 được sử dụng làm bộ thu và phát nơi chúng được cách ly và do đó sẽ không gây nhiễu. Ăng-ten được kết nối với cổng E-Arm. Tải phù hợp được kết nối với cổng H-Arm, không cung cấp phản xạ. Bây giờ, có tồn tại truyền hoặc nhận mà không có bất kỳ vấn đề.

• EH Plane Tee được sử dụng như một bộ trộn âm - Cổng E-Arm được kết nối với ăng-ten và cổng H-Arm được kết nối với bộ dao động cục bộ. Cổng 2 có tải phù hợp không có phản xạ và cổng 1 có mạch trộn, nhận một nửa công suất tín hiệu và một nửa công suất bộ dao động để tạo ra tần số IF.

Ngoài các ứng dụng trên, tiếp giáp EH Plane Tee còn được sử dụng làm cầu nối Vi sóng, Bộ phân biệt vi sóng, v.v.

Thiết bị vi ba này được sử dụng khi cần kết hợp hai tín hiệu không lệch pha và tránh các tín hiệu lệch pha.

Một điểm nối Tee ba cổng bình thường được lấy và một cổng thứ tư được thêm vào nó, để làm cho nó trở thành một điểm nối ratrace. Tất cả các cổng này được kết nối ở dạng vòng góc với khoảng cách bằng nhau bằng cách sử dụng các mối nối nối tiếp hoặc song song.

Chu vi trung bình của tổng vòng đua là 1,5λ và mỗi cổng trong số bốn cổng cách nhau một khoảng là λ / 4. Hình sau là hình ảnh của một ngã ba Rat-race.

Chúng ta hãy xem xét một vài trường hợp để hiểu hoạt động của một giao lộ Rat-race.

Trường hợp 1

Nếu nguồn đầu vào được cấp ở cổng 1, nó sẽ được chia đều thành hai cổng, nhưng theo chiều kim đồng hồ đối với cổng 2 và ngược chiều kim đồng hồ đối với cổng 4. Cổng 3 hoàn toàn không có đầu ra.

Lý do là, ở cổng 2 và 4, công suất kết hợp theo pha, trong khi ở cổng 3, việc hủy bỏ xảy ra do sự khác biệt về đường dẫn λ / 2.

Trường hợp 2

Nếu nguồn đầu vào được áp dụng tại cổng 3, công suất sẽ được chia đều giữa cổng 2 và cổng 4. Nhưng sẽ không có đầu ra ở cổng 1.

Trường hợp 3

Nếu hai tín hiệu không bằng nhau được áp dụng tại chính cổng 1, thì đầu ra sẽ tỷ lệ với tổng của hai tín hiệu đầu vào, được chia cho cổng 2 và 4. Bây giờ tại cổng 3, đầu ra vi phân xuất hiện.

Ma trận phân tán cho đường giao nhau của loài chuột được biểu diễn dưới dạng

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

Các ứng dụng

Giao lộ Rat-race được sử dụng để kết hợp hai tín hiệu và chia tín hiệu thành hai nửa.

A Directional couplerlà một thiết bị lấy mẫu một lượng nhỏ Công suất vi sóng cho mục đích đo lường. Các phép đo công suất bao gồm công suất sự cố, công suất phản xạ, giá trị VSWR, v.v.

Bộ ghép định hướng là một đầu nối ống dẫn sóng 4 cổng bao gồm một ống dẫn sóng chính chính và một ống dẫn sóng phụ thứ cấp. Hình sau cho thấy hình ảnh của một bộ ghép định hướng.

Bộ ghép định hướng được sử dụng để ghép nối công suất Vi sóng có thể là một hướng hoặc hai hướng.

Thuộc tính của bộ ghép hướng

Các đặc tính của bộ ghép định hướng lý tưởng như sau.

• Tất cả các điểm kết thúc được khớp với các cổng.

• Khi nguồn điện đi từ Cổng 1 đến Cổng 2, một số phần của nó được ghép nối với Cổng 4 nhưng không được nối với Cổng 3.

• Vì nó cũng là một bộ ghép hai chiều, khi nguồn điện truyền từ Cổng 2 đến Cổng 1, một số phần của nó được ghép nối với Cổng 3 nhưng không được ghép nối với Cổng 4.

• Nếu nguồn điện xảy ra sự cố qua Cổng 3, một phần của nó được ghép nối với Cổng 2, nhưng không được nối với Cổng 1.

• Nếu nguồn điện xảy ra sự cố qua Cổng 4, một phần của nó được ghép nối với Cổng 1, nhưng không được nối với Cổng 2.

• Cổng 1 và 3 được tách rời như Cổng 2 và Cổng 4.

Lý tưởng nhất là đầu ra của Cổng 3 phải bằng không. Tuy nhiên, trên thực tế, một lượng nhỏ công suất được gọi làback power được quan sát tại Cổng 3. Hình dưới đây chỉ ra dòng công suất trong bộ ghép định hướng.

Ở đâu

• $ P_i $ = Nguồn điện sự cố tại Cổng 1

• $ P_r $ = Nguồn đã nhận tại Cổng 2

• $ P_f $ = Chuyển tiếp nguồn kết hợp tại Cổng 4

• $ P_b $ = Nguồn điện trở lại tại Cổng 3

Sau đây là các tham số được sử dụng để xác định hiệu suất của bộ ghép định hướng.

Yếu tố khớp nối (C)

Hệ số khớp nối của bộ ghép có hướng là tỷ số giữa công suất tới và công suất thuận, được đo bằng dB.

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

Định hướng (D)

Khả năng định hướng của bộ ghép định hướng là tỷ số giữa công suất chuyển tiếp và công suất sau, được đo bằng dB.

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

Sự cách ly

Nó xác định các thuộc tính chỉ thị của một bộ ghép định hướng. Nó là tỷ số giữa công suất tới và công suất sau, được đo bằng dB.

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

Isolation in dB = Coupling factor + Directivity

Bộ ghép hướng hai lỗ

Đây là bộ ghép định hướng có cùng ống dẫn sóng chính và phụ, nhưng có hai lỗ nhỏ chung giữa chúng. Các lỗ này cách nhau $ {\ lambda_g} / {4} $ trong đó λg là bước sóng hướng dẫn. Hình sau là hình ảnh của bộ ghép định hướng hai lỗ.

Bộ ghép định hướng hai lỗ được thiết kế để đáp ứng yêu cầu lý tưởng của bộ ghép định hướng, đó là tránh nguồn điện trở lại. Một số năng lượng khi di chuyển giữa Cổng 1 và Cổng 2, thoát ra ngoài qua các lỗ 1 và 2.

Độ lớn của sức mạnh phụ thuộc vào kích thước của các lỗ. Công suất rò rỉ ở cả hai lỗ này cùng pha ở lỗ 2, cộng thêm công suất đóng góp vào công suất chuyển tiếpP_f. Tuy nhiên, nó lệch pha ở lỗ 1, triệt tiêu lẫn nhau và ngăn cản xảy ra hiện tượng đóng điện trở lại.

Do đó, khả năng định hướng của bộ ghép định hướng được cải thiện.

Khớp ống dẫn sóng

Vì hệ thống ống dẫn sóng không thể luôn được xây dựng trong một bộ phận duy nhất, đôi khi cần phải kết hợp các ống dẫn sóng khác nhau. Việc ghép nối này phải được thực hiện cẩn thận để ngăn ngừa các vấn đề như - Hiệu ứng phản xạ, tạo sóng đứng và tăng độ suy giảm, v.v.

Các khớp nối ống dẫn sóng bên cạnh việc tránh các bất thường, cũng nên quan tâm đến các mẫu trường E và H bằng cách không ảnh hưởng đến chúng. Có nhiều loại khớp nối ống dẫn sóng như mặt bích bắt vít, khớp nối bích, khớp nối cuộn cảm, v.v.

Để tạo ra và khuếch đại Vi sóng, cần có một số ống đặc biệt được gọi là Microwave tubes. Trong số họ,Klystron là một trong những quan trọng.

Các yếu tố thiết yếu của Klystron là chùm điện tử và bộ cộng hưởng khoang. Chùm điện tử được tạo ra từ một nguồn và các klystron trong khoang được sử dụng để khuếch đại tín hiệu. Một bộ thu có mặt ở cuối để thu các electron. Toàn bộ thiết lập như thể hiện trong hình sau.

Các điện tử do catốt phát ra được gia tốc về phía bộ cộng hưởng thứ nhất. Bộ thu ở cuối có cùng điện thế với bộ cộng hưởng. Do đó, thông thường các điện tử có tốc độ không đổi trong khoảng trống giữa các buồng cộng hưởng khoang.

Ban đầu, bộ cộng hưởng khoang đầu tiên được cung cấp một tín hiệu tần số cao yếu, tín hiệu này phải được khuếch đại. Tín hiệu sẽ khởi tạo một trường điện từ bên trong khoang. Tín hiệu này được truyền qua cáp đồng trục như trong hình sau.

Do trường này, các điện tử đi qua bộ cộng hưởng của khoang được điều biến. Khi đến bộ cộng hưởng thứ hai, các electron được cảm ứng với một EMF khác ở cùng tần số. Trường này đủ mạnh để trích xuất một tín hiệu lớn từ khoang thứ hai.

Bộ cộng hưởng từ khoang

Trước tiên, chúng ta hãy thử tìm hiểu các chi tiết cấu tạo và hoạt động của bộ cộng hưởng từ khoang. Hình dưới đây chỉ ra bộ cộng hưởng khoang.

Có thể so sánh một mạch cộng hưởng đơn giản bao gồm một tụ điện và một vòng dây cảm ứng với bộ cộng hưởng hốc này. Một vật dẫn có các êlectron tự do. Nếu đặt một điện tích vào tụ điện để nó mang điện đến hiệu điện thế có cực tính này thì nhiều êlectron bị bứt ra khỏi bản trên và đưa vào bản dưới.

Tấm có nhiều electron hơn sẽ là cực âm và tấm có số electron ít hơn sẽ trở thành cực dương. Hình sau cho thấy sự lắng đọng điện tích trên tụ điện.

Đường sức điện trường hướng từ điện tích dương về phía âm. Nếu tụ điện tích điện phân cực ngược thì chiều của điện trường cũng đổi chiều. Sự dịch chuyển của các electron trong ống, tạo thành dòng điện xoay chiều. Dòng điện xoay chiều này làm phát sinh từ trường xoay chiều, lệch pha với điện trường của tụ điện.

Khi từ trường có cường độ cực đại thì điện trường bằng không và sau một thời gian thì điện trường đạt cực đại còn từ trường bằng không. Sự trao đổi sức mạnh này xảy ra trong một chu kỳ.

Bộ cộng hưởng đóng

Giá trị của tụ điện và độ tự cảm của vòng dây càng nhỏ thì dao động hoặc tần số cộng hưởng càng cao. Vì độ tự cảm của mạch vòng rất nhỏ nên có thể thu được tần số cao.

Để tạo ra tín hiệu tần số cao hơn, độ tự cảm có thể được giảm hơn nữa bằng cách đặt nhiều vòng cảm ứng song song như thể hiện trong hình sau. Điều này dẫn đến việc hình thành một bộ cộng hưởng kín có tần số rất cao.

Trong một máy cộng hưởng kín, điện trường và từ trường được giới hạn ở bên trong khoang. Bộ cộng hưởng đầu tiên của khoang được kích thích bởi tín hiệu bên ngoài sẽ được khuếch đại. Tín hiệu này phải có tần số mà tại đó khoang có thể cộng hưởng. Dòng điện trong cáp đồng trục này thiết lập một từ trường, trong đó điện trường bắt nguồn.

Làm việc của Klystron

Để hiểu sự điều biến của chùm điện tử, đi vào khoang đầu tiên, chúng ta hãy xem xét điện trường. Điện trường trên bộ cộng hưởng không ngừng thay đổi hướng của trường cảm ứng. Tùy thuộc vào điều này, các điện tử đi ra khỏi súng điện tử, được kiểm soát tốc độ của chúng.

Khi các electron mang điện tích âm, chúng được tăng tốc nếu di chuyển ngược chiều với hướng của điện trường. Ngoài ra, nếu các electron chuyển động theo cùng một hướng của điện trường, chúng sẽ bị giảm tốc. Điện trường này liên tục thay đổi, do đó các electron được tăng tốc và giảm tốc tùy thuộc vào sự thay đổi của trường. Hình sau cho biết dòng electron khi trường theo hướng ngược lại.

Trong khi chuyển động, các electron này đi vào vùng không gian tự do của trường được gọi là drift spacegiữa các buồng cộng hưởng với tốc độ khác nhau tạo ra các chùm electron. Những chùm này được tạo ra do sự thay đổi của tốc độ di chuyển.

Các chùm này đi vào bộ cộng hưởng thứ hai, với tần số tương ứng với tần số mà bộ cộng hưởng thứ nhất dao động. Vì tất cả các bộ cộng hưởng trong khoang đều giống nhau, nên sự chuyển động của các electron làm cho bộ cộng hưởng thứ hai dao động. Hình sau cho thấy sự hình thành các chùm electron.

Từ trường cảm ứng trong bộ cộng hưởng thứ hai tạo ra một số dòng điện trong cáp đồng trục, tạo ra tín hiệu đầu ra. Động năng của các electron trong khoang thứ hai gần như bằng động năng của các electron trong khoang thứ nhất và do đó không có năng lượng nào được lấy từ khoang này.

Các electron khi đi qua khoang thứ hai, một số ít trong số chúng được tăng tốc trong khi các chùm electron bị giảm tốc. Do đó, tất cả động năng được chuyển thành năng lượng điện từ để tạo ra tín hiệu đầu ra.

Độ khuếch đại của Klystron hai khoang như vậy thấp và do đó Klystron nhiều khoang được sử dụng.

Hình dưới đây mô tả một ví dụ về bộ khuếch đại Klystron nhiều khoang.

Với tín hiệu được áp dụng trong khoang đầu tiên, chúng tôi nhận được các chùm yếu trong khoang thứ hai. Chúng sẽ thiết lập một trường trong khoang thứ ba, nơi tạo ra nhiều chùm tập trung hơn, v.v. Do đó, độ khuếch đại lớn hơn.

Máy phát vi sóng này, là một Klystron hoạt động dựa trên phản xạ và dao động trong một khoang duy nhất, có tần số thay đổi.

Reflex Klystron bao gồm một súng điện tử, một dây tóc catốt, một khoang anốt và một điện cực ở thế catốt. Nó cung cấp điện năng thấp và hiệu quả thấp.

Xây dựng Reflex Klystron

Súng bắn điện tử phát ra chùm điện tử, đi qua khe hở trong khoang cực dương. Các electron này di chuyển về phía điện cực Repeller, ở điện cực âm cao. Do trường âm cao, các điện tử đẩy trở lại khoang anot. Trong hành trình quay trở lại của chúng, các electron cung cấp nhiều năng lượng hơn cho khoảng trống và những dao động này được duy trì. Các chi tiết cấu tạo của klystron phản xạ này được thể hiện trong hình sau.

Giả thiết rằng các dao động đã tồn tại trong ống và chúng được duy trì bởi hoạt động của nó. Các electron trong khi đi qua khoang anot, đạt được một số vận tốc.

Hoạt động của Reflex Klystron

Hoạt động của Reflex Klystron được hiểu theo một số giả định. Chùm điện tử được gia tốc về phía hốc anot.

Giả sử rằng một điện tử tham chiếu e_rđi qua khoang cực dương nhưng không có thêm vận tốc và nó đẩy trở lại sau khi đến điện cực Repeller, với cùng vận tốc. Một electron khác, giả sửe_e mà đã bắt đầu sớm hơn electron tham chiếu này, đến Repeller trước, nhưng quay trở lại chậm hơn, đến cùng lúc với electron tham chiếu.

Chúng ta có một electron khác, electron muộn e_l, bắt đầu muộn hơn cả hai e_r và e_e, tuy nhiên, nó di chuyển với vận tốc lớn hơn trong khi quay trở lại, đạt cùng lúc với er và ee.

Bây giờ, ba electron này, cụ thể là e_r, e_e và e_l đạt được khoảng cách cùng một lúc, tạo thành một electron bunch. Thời gian di chuyển này được gọi làtransit time, phải có giá trị tối ưu. Hình sau minh họa điều này.

Khoang cực dương tăng tốc các electron trong khi đi và nhận năng lượng của chúng bằng cách hãm chúng trong hành trình quay trở lại. Khi điện áp khoảng trống là cực đại dương, điều này cho phép các điện tử âm cực đại chậm lại.

Thời gian vận chuyển tối ưu được biểu thị là

$$ T = n + \ frac {3} {4} \ quad trong đó \: n \: là \: an \: integer $$

Thời gian vận chuyển này phụ thuộc vào điện áp của Người bán lại và cực dương.

Các ứng dụng của Reflex Klystron

Reflex Klystron được sử dụng trong các ứng dụng mà tần số thay đổi được mong muốn, chẳng hạn như -

• Máy thu thanh
• Liên kết vi sóng di động
• Bộ khuếch đại tham số
• Bộ dao động cục bộ của máy thu vi sóng
• Là nguồn tín hiệu mà tần số thay đổi được mong muốn trong máy phát vi sóng.

Ống sóng du lịch là thiết bị vi ba băng thông rộng không có bộ cộng hưởng tạo khoang như Klystron. Khuếch đại được thực hiện thông qua tương tác kéo dài giữa chùm điện tử và trường tần số vô tuyến (RF).

Xây dựng ống sóng du lịch

Ống sóng truyền là một cấu trúc hình trụ có chứa súng điện tử từ ống catốt. Nó có các tấm cực dương, vòng xoắn và một bộ thu. Đầu vào RF được gửi đến một đầu của chuỗi xoắn và đầu ra được lấy từ đầu kia của chuỗi xoắn.

Một khẩu súng điện tử tập trung một chùm điện tử với vận tốc ánh sáng. Từ trường hướng dẫn chùm tia tới hội tụ, không bị tán xạ. Trường RF cũng lan truyền với vận tốc ánh sáng bị chậm lại bởi một đường xoắn. Helix hoạt động như một cấu trúc sóng chậm. Trường RF ứng dụng được lan truyền trong chuỗi xoắn, tạo ra một điện trường ở tâm của chuỗi xoắn.

Điện trường thu được do tín hiệu RF áp dụng, truyền đi với vận tốc ánh sáng nhân với tỷ lệ bước sóng xoắn trên chu vi đường xoắn ốc. Vận tốc của chùm điện tử, truyền qua vòng xoắn, gây ra năng lượng cho sóng RF trên đường xoắn.

Hình sau đây giải thích các đặc điểm cấu tạo của một ống truyền sóng.

Do đó, đầu ra khuếch đại thu được ở đầu ra của TWT. Vận tốc pha dọc trục $ V_p $ được biểu diễn dưới dạng

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

Ở đâu rlà bán kính của đường xoắn. Vì đường xoắn cung cấp ít thay đổi nhất trong vận tốc pha $ V_p $, nó được ưu tiên hơn các cấu trúc sóng chậm khác cho TWT. Trong TWT, súng bắn điện tử tập trung chùm điện tử, trong khoảng trống giữa các tấm anôt, tới chuỗi xoắn, sau đó được thu lại ở bộ thu. Hình sau đây giải thích sự sắp xếp điện cực trong một ống sóng truyền.

Hoạt động của ống sóng du lịch

Các tấm anôt, khi ở điện thế bằng không, nghĩa là khi điện trường dọc trục ở một nút, vận tốc chùm điện tử vẫn không bị ảnh hưởng. Khi sóng trên điện trường dọc trục ở cực dương, êlectron từ chùm êlectron chuyển động ngược chiều. Điện tử này đang được gia tốc, cố gắng bắt kịp với điện tử muộn, gặp nút của trường trục RF.

Tại điểm, nơi trường trục RF ở cực âm, điện tử được giới thiệu trước đó, cố gắng vượt qua do hiệu ứng trường âm. Các electron nhận được vận tốc biến đổi. Theo kết quả tích lũy, một làn sóng thứ hai được tạo ra trong chuỗi xoắn. Đầu ra trở nên lớn hơn đầu vào và dẫn đến khuếch đại.

Các ứng dụng của ống sóng du lịch

Có nhiều ứng dụng của một ống sóng du lịch.

• TWT được sử dụng trong máy thu vi sóng như một bộ khuếch đại RF tiếng ồn thấp.

• TWT cũng được sử dụng trong các liên kết truyền thông băng rộng và cáp đồng trục làm bộ khuếch đại lặp hoặc bộ khuếch đại trung gian để khuếch đại tín hiệu thấp.

• TWT có tuổi thọ ống dài, do đó chúng được sử dụng làm ống phát điện trong vệ tinh truyền thông.

• Các TWT công suất cao của sóng liên tục được sử dụng trong các liên kết Troposcatter, vì công suất lớn và băng thông lớn, phân tán ra những khoảng cách lớn.

• TWT được sử dụng trong radar xung công suất cao và radar trên mặt đất.

Không giống như các ống được thảo luận cho đến nay, Magnetron là các ống trường chéo trong đó điện trường và từ trường chéo nhau, tức là chạy vuông góc với nhau. Trong TWT, người ta quan sát thấy rằng các electron khi được tạo ra để tương tác với RF, trong một thời gian dài hơn so với Klystron, dẫn đến hiệu suất cao hơn. Kỹ thuật tương tự cũng được thực hiện trong Magnetrons.

Các loại Magnetron

Có ba loại Magnetron chính.

Loại điện trở tiêu cực

• Điện trở âm giữa hai đoạn cực dương, được sử dụng.
• Chúng có hiệu quả thấp.
• Chúng được sử dụng ở tần số thấp (<500 MHz).

Các nam châm tần số Cyclotron

• Tính đồng bộ giữa thành phần điện và các electron dao động được coi là.

• Hữu ích cho các tần số cao hơn 100MHz.

Sóng du lịch hoặc loại khoang

• Tương tác giữa các điện tử và trường EM quay được tính đến.

• Các dao động công suất đỉnh cao được cung cấp.

• Hữu ích trong các ứng dụng radar.

Khoang Magnetron

Magnetron được gọi là Cavity Magnetron vì cực dương được tạo thành các hốc cộng hưởng và một nam châm vĩnh cửu được sử dụng để tạo ra từ trường mạnh, nơi tác động của cả hai loại này làm cho thiết bị hoạt động.

Cấu tạo của Cavity Magnetron

Ở tâm có một catốt hình trụ dày và một khối hình trụ bằng đồng, được đặt cố định theo phương trục, đóng vai trò là cực dương. Khối cực dương này được làm bằng một số khe đóng vai trò như các hốc cực dương cộng hưởng.

Không gian hiện diện giữa cực dương và cực âm được gọi là Interaction space. Điện trường hiện diện xuyên tâm trong khi từ trường hiện diện dọc trục trong magnetron khoang. Từ trường này được tạo ra bởi một nam châm vĩnh cửu, nam châm này được đặt sao cho các đường sức từ song song với catốt và vuông góc với điện trường giữa anốt và catốt.

Các hình sau đây cho thấy các chi tiết cấu tạo của một magnetron khoang và các đường sức từ hiện có, theo phương dọc trục.

Khoang Magnetron này có 8 khoang được ghép chặt vào nhau. Một magnetron khoang N có $ N $ phương thức hoạt động. Các hoạt động này phụ thuộc vào tần số và pha của dao động. Tổng độ lệch pha xung quanh vòng của bộ cộng hưởng khoang này phải là $ 2n \ pi $ trong đó $ n $ là một số nguyên.

Nếu $ \ phi_v $ biểu thị sự thay đổi pha tương đối của điện trường xoay chiều qua các hốc lân cận, thì

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

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

Điều đó có nghĩa là chế độ cộng hưởng $ \ frac {N} {2} $ có thể tồn tại nếu $ N $ là một số chẵn.

Nếu,

$$ n = \ frac {N} {2} \ quad rồi đến \ quad \ phi_v = \ pi $$

Chế độ cộng hưởng này được gọi là $ \ pi-mode $.

$$ n = 0 \ quad thì \ quad \ phi_v = 0 $$

Điều này được gọi là Zero mode, vì sẽ không có điện trường RF giữa cực dương và cực âm. Điều này còn được gọi làFringing Field và chế độ này không được sử dụng trong magnetron.

Hoạt động của Cavity Magnetron

Khi Khoang Klystron đang hoạt động, chúng tôi có những trường hợp khác nhau cần xem xét. Hãy để chúng tôi đi qua chúng một cách chi tiết.

Case 1

Nếu không có từ trường, tức là B = 0, thì hoạt động của các electron có thể được quan sát trong hình sau. Xét một ví dụ, trong đó electrona trực tiếp đi tới anôt dưới tác dụng của lực điện hướng tâm.

Case 2

Nếu tăng từ trường thì lực bên tác dụng lên các êlectron. Điều này có thể được quan sát trong hình sau, xem xét electronb mà có một đường cong, trong khi cả hai lực tác dụng lên nó.

Bán kính của đường dẫn này được tính bằng

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

Nó thay đổi tỷ lệ thuận với vận tốc của electron và nó tỷ lệ nghịch với cường độ từ trường.

Case 3

Nếu từ trường B được tăng thêm, electron đi theo một con đường chẳng hạn như electron c, chỉ sượt qua bề mặt anốt và làm cho dòng điện cực dương bằng không. Điều này được gọi là "Critical magnetic field"$ (B_c) $, là từ trường cắt. Tham khảo hình sau để hiểu rõ hơn.

Case 4

Nếu từ trường được tạo ra lớn hơn từ trường tới hạn,

$$ B> B_c $$

Khi đó các electron đi theo một con đường là electron d, nơi mà electron nhảy trở lại catốt, mà không đi về anốt. Điều này gây ra "back heating"của catốt. Tham khảo hình sau.

Điều này đạt được bằng cách cắt nguồn cung cấp điện khi bắt đầu dao động. Nếu tiếp tục như vậy, hiệu suất phát xạ của catốt bị ảnh hưởng.

Hoạt động của Magnetron khoang với Trường RF Chủ động

Cho đến nay chúng ta đã thảo luận về hoạt động của magnetron hốc khi trường RF không có trong các hốc của magnetron (trường hợp tĩnh). Bây giờ chúng ta hãy thảo luận về hoạt động của nó khi chúng ta có một trường RF đang hoạt động.

Như trong TWT, chúng ta hãy giả sử rằng các dao động RF ban đầu hiện diện, do một số nhiễu nhất thời. Dao động được duy trì bởi hoạt động của thiết bị. Có ba loại electron được phát ra trong quá trình này, mà hành động của chúng được hiểu là electrona, b và c, trong ba trường hợp khác nhau.

Case 1

Khi có dao động, một êlectron a, truyền năng lượng chậm lại cho dao động. Các electron như vậy truyền năng lượng của chúng cho các dao động được gọi làfavored electrons. Các electron này chịu trách nhiệm chobunching effect.

Case 2

Trong trường hợp này, một electron khác, nói b, lấy năng lượng từ dao động và tăng vận tốc của nó. Như và khi nào việc này được thực hiện,

• Nó uốn cong mạnh hơn.
• Nó dành ít thời gian trong không gian tương tác.
• Nó quay trở lại cực âm.

Các điện tử này được gọi là unfavored electrons. Chúng không tham gia vào hiệu ứng chùm. Ngoài ra, các electron này có hại vì chúng gây ra hiện tượng "nóng ngược".

Case 3

Trong trường hợp này, electron c, được phát ra muộn hơn một chút, di chuyển nhanh hơn. Nó cố gắng bắt kịp electrona. Electron phát ra tiếp theod, cố gắng bước với a. Kết quả là, các electron được ưua, c và dtạo thành chùm điện tử hoặc đám mây điện tử. Nó được gọi là "Hiệu ứng lấy nét theo pha".

Toàn bộ quá trình này được hiểu rõ hơn bằng cách xem hình sau.

Hình A cho thấy các chuyển động của electron trong các trường hợp khác nhau trong khi hình B cho thấy các đám mây electron được hình thành. Những đám mây điện tử này xảy ra trong khi thiết bị đang hoạt động. Các điện tích hiện diện trên bề mặt bên trong của các đoạn anôt này, tuân theo các dao động trong các khoang. Điều này tạo ra một điện trường quay theo chiều kim đồng hồ, có thể được nhìn thấy thực sự trong khi thực hiện một thí nghiệm thực tế.

Trong khi điện trường quay, các đường sức từ được hình thành song song với catốt, dưới tác dụng tổng hợp của chúng, các chùm electron được hình thành với bốn nan hoa, hướng đều nhau, đến đoạn cực dương gần nhất, theo quỹ đạo xoắn ốc.

Trong số các thiết bị đo lường Vi sóng, một thiết lập của băng ghế Vi sóng, bao gồm các thiết bị Vi sóng có một vị trí nổi bật. Toàn bộ thiết lập này, với một số lần thay đổi, có thể đo nhiều giá trị như bước sóng hướng dẫn, bước sóng không gian trống, bước sóng cắt, trở kháng, tần số, VSWR, đặc tính Klystron, đặc tính diode Gunn, phép đo công suất, v.v.

Đầu ra do lò vi sóng tạo ra, trong việc xác định công suất thường có giá trị nhỏ. Chúng thay đổi theo vị trí trong đường truyền. Cần có một thiết bị để đo công suất Lò vi sóng, nói chung sẽ là một thiết bị để bàn Lò vi sóng.

Thiết lập đo lường chung cho băng ghế vi sóng

Thiết lập này là sự kết hợp của các bộ phận khác nhau có thể được quan sát chi tiết. Hình sau giải thích rõ ràng việc thiết lập.

Máy phát tín hiệu

Như tên của nó, nó tạo ra một tín hiệu vi sóng, theo thứ tự vài miliwat. Điều này sử dụng kỹ thuật điều biến vận tốc để chuyển chùm sóng liên tục thành công suất miliwatt.

Một bộ dao động điốt Gunn hoặc một ống phản xạ Klystron có thể là một ví dụ cho bộ tạo tín hiệu vi sóng này.

Bộ suy giảm chính xác

Đây là bộ suy giảm chọn tần số mong muốn và giới hạn đầu ra trong khoảng 0 đến 50db. Điều này có thể thay đổi và có thể được điều chỉnh theo yêu cầu.

Bộ suy giảm biến

Bộ suy giảm này đặt số lượng suy giảm. Có thể hiểu nó là sự điều chỉnh tốt các giá trị, trong đó các số đọc được kiểm tra so với giá trị của Precision Attenuator.

Bộ cách ly

Thao tác này sẽ loại bỏ tín hiệu không cần thiết để tiếp cận giá gắn máy dò. Bộ cách ly cho phép tín hiệu đi qua ống dẫn sóng chỉ theo một hướng.

Máy đo tần số

Đây là thiết bị đo tần số của tín hiệu. Với máy đo tần số này, tín hiệu có thể được điều chỉnh đến tần số cộng hưởng của nó. Nó cũng cung cấp khả năng ghép nối tín hiệu với ống dẫn sóng.

Máy dò tinh thể

Một đầu dò tinh thể và đầu dò tinh thể được chỉ ra trong hình trên, nơi đầu dò được kết nối thông qua một đầu dò với giá đỡ. Điều này được sử dụng để giải điều chế các tín hiệu.

Chỉ báo sóng đứng

Vôn kế sóng dừng cung cấp số đọc của tỷ số sóng dừng tính bằng dB. Ống dẫn sóng được xẻ rãnh bởi một số khe hở để điều chỉnh các chu kỳ xung nhịp của tín hiệu. Tín hiệu được truyền bằng ống dẫn sóng được chuyển tiếp qua cáp BNC tới VSWR hoặc CRO để đo các đặc tính của nó.

Một băng ghế vi sóng được thiết lập trong ứng dụng thời gian thực sẽ trông như sau:

Bây giờ, chúng ta hãy xem xét phần quan trọng của băng ghế vi sóng này, đường xẻ rãnh.

Đường có rãnh

Trong đường truyền vi ba hoặc ống dẫn sóng, trường điện từ được coi là tổng của sóng tới từ máy phát và sóng phản xạ tới máy phát. Các phản xạ cho thấy sự không phù hợp hoặc không liên tục. Độ lớn và pha của sóng phản xạ phụ thuộc vào biên độ và pha của trở kháng phản xạ.

Các sóng dừng thu được được đo để biết sự không hoàn hảo của đường truyền, điều này cần thiết để có kiến ​​thức về sự không phù hợp trở kháng để truyền tải hiệu quả. Đường có rãnh này giúp đo tỷ lệ sóng đứng của thiết bị vi sóng.

Xây dựng

Đường có rãnh bao gồm một phần có rãnh của đường truyền, nơi phép đo phải được thực hiện. Nó có một hộp đựng đầu dò di chuyển, để cho phép đầu dò được kết nối ở bất cứ đâu cần thiết, và cơ sở để gắn và phát hiện thiết bị.

Trong ống dẫn sóng, một khe được tạo ở tâm của mặt rộng, theo trục. Một đầu dò di chuyển được kết nối với máy dò tinh thể được đưa vào khe của ống dẫn sóng.

Hoạt động

Đầu ra của máy dò tinh thể tỷ lệ với bình phương của điện áp đầu vào được áp dụng. Đầu dò có thể di chuyển cho phép đo thuận tiện và chính xác tại vị trí của nó. Tuy nhiên, khi đầu dò được di chuyển dọc theo, đầu ra của nó tỷ lệ với dạng sóng dừng, được hình thành bên trong ống dẫn sóng. Một bộ suy giảm biến được sử dụng ở đây để thu được kết quả chính xác.

VSWR đầu ra có thể được lấy bằng

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

Trong đó, $ V $ là điện áp đầu ra.

Hình sau đây cho thấy các phần khác nhau của một đường có rãnh được dán nhãn.

Các bộ phận được dán nhãn trong hình trên chỉ ra những điều sau đây.

• Trình khởi chạy - Mời tín hiệu.
• Phần nhỏ hơn của ống dẫn sóng.
• Bộ cách ly - Ngăn phản xạ đến nguồn.
• Bộ suy giảm biến quay - Để điều chỉnh tốt.
• Phần có rãnh - Để đo tín hiệu.
• Điều chỉnh độ sâu đầu dò.
• Điều chỉnh điều chỉnh - Để có được độ chính xác.
• Máy dò tinh thể - Phát hiện tín hiệu.
• Tải phù hợp - Hấp thụ điện năng thoát ra.
• Ngắn mạch - Dự phòng được thay thế bằng tải.
• Núm xoay - Để điều chỉnh trong khi đo.
• Máy đo Vernier - Cho kết quả chính xác.

Để thu được tín hiệu điều chế tần số thấp trên máy hiện sóng, người ta sử dụng một đường có rãnh với bộ dò có thể điều chỉnh được. Có thể sử dụng một vạch kẻ dòng có rãnh với một bộ dò có thể điều chỉnh được để đo những điều sau đây.

• VSWR (Tỷ lệ sóng đứng điện áp)
• Mẫu sóng đứng
• Impedance
• Hệ số phản xạ
• Trả lại lỗ
• Tần suất sử dụng máy phát điện

Máy dò có thể điều chỉnh được

Máy dò có thể điều chỉnh được là một giá đỡ máy dò được sử dụng để phát hiện tín hiệu vi sóng điều chế sóng vuông tần số thấp. Hình sau đây cho ta một ý tưởng về giá đỡ đầu báo có thể điều chỉnh được.

Hình ảnh sau đây đại diện cho ứng dụng thực tế của thiết bị này. Nó được kết thúc ở cuối và có một phần mở ở đầu kia giống như phần trên.

Để cung cấp sự phù hợp giữa hệ thống truyền dẫn Vi sóng và giá gắn đầu báo, người ta thường sử dụng một đầu có thể điều chỉnh được. Có ba loại cuống có thể điều chỉnh khác nhau.

• Máy dò ống dẫn sóng có thể điều chỉnh được
• Máy dò đồng trục có thể điều chỉnh được
• Máy dò đầu dò có thể điều chỉnh được

Ngoài ra, có những sơ khai cố định như -

• Cố định đầu dò điều chỉnh băng tần rộng
• Gắn đầu dò phù hợp ống dẫn sóng cố định

Giá đỡ đầu báo là giai đoạn cuối cùng trên băng ghế Vi sóng được kết thúc ở cuối.

Trong lĩnh vực kỹ thuật vi sóng, có rất nhiều ứng dụng, như đã được trình bày trong chương đầu tiên. Do đó, trong khi sử dụng các ứng dụng khác nhau, chúng ta thường bắt gặp nhu cầu đo các giá trị khác nhau như Công suất, Suy hao, Dịch pha, VSWR, Trở kháng, v.v. để sử dụng hiệu quả.

Trong chương này, chúng ta hãy xem xét các kỹ thuật đo lường khác nhau.

Đo công suất

Công suất vi sóng đo được là công suất trung bình tại bất kỳ vị trí nào trong ống dẫn sóng. Đo công suất có thể có ba loại.

• Đo công suất thấp (0,01mW đến 10mW)

  Ví dụ - Kỹ thuật Bolometric

• Đo công suất trung bình (10mW đến 1W)

  Ví dụ - Kỹ thuật nhiệt lượng kế

• Đo công suất cao (> 10W)

  Ví dụ - Nhiệt lượng kế Watt kế

Hãy để chúng tôi đi qua chúng một cách chi tiết.

Đo điện năng thấp

Phép đo công suất Vi sóng vào khoảng 0,01mW đến 10mW, có thể hiểu là phép đo công suất thấp.

Bolometerlà một thiết bị được sử dụng để đo công suất vi sóng thấp. Phần tử được sử dụng trong máy đo bu lông có thể có hệ số nhiệt độ dương hoặc âm. Ví dụ, một barrater có hệ số nhiệt độ dương mà điện trở của nó tăng khi nhiệt độ tăng. Thermistor có hệ số nhiệt độ âm mà điện trở giảm khi nhiệt độ tăng.

Bất kỳ trong số chúng đều có thể được sử dụng trong máy đo tia, nhưng sự thay đổi điện trở tỷ lệ thuận với công suất Vi sóng được áp dụng để đo. Lực kế này được sử dụng trong một cầu nối của các cánh tay như một để bất kỳ sự mất cân bằng nào gây ra, đều ảnh hưởng đến đầu ra. Một ví dụ điển hình của mạch cầu sử dụng bu lông như trong hình sau.

Milimét ở đây, cho giá trị của dòng điện chạy qua. Pin có thể thay đổi, được thay đổi để có được sự cân bằng, khi sự mất cân bằng được gây ra bởi hoạt động của máy đo bu lông. Điều chỉnh này được thực hiện ở điện áp pin DC tỷ lệ với công suất của Lò vi sóng. Khả năng xử lý điện của mạch này bị hạn chế.

Đo công suất trung bình

Phép đo Công suất vi sóng vào khoảng 10mW đến 1W, có thể hiểu là phép đo công suất trung bình.

Một tải đặc biệt được sử dụng, thường duy trì một giá trị nhất định của nhiệt riêng. Công suất được đo, được áp dụng ở đầu vào của nó làm thay đổi tỷ lệ nhiệt độ đầu ra của tải mà nó đã duy trì. Sự khác biệt về độ tăng nhiệt độ, chỉ định công suất Vi sóng đầu vào cho tải.

Kỹ thuật cân bằng cầu được sử dụng ở đây để lấy đầu ra. Phương pháp truyền nhiệt được sử dụng để đo công suất, là kỹ thuật đo nhiệt lượng.

Đo công suất cao

Phép đo công suất của Lò vi sóng vào khoảng 10W đến 50KW, có thể hiểu là phép đo công suất lớn.

Công suất vi sóng cao thường được đo bằng công tơ đo nhiệt lượng, có thể là loại khô và loại lưu lượng. Loại khô được đặt tên như vậy vì nó sử dụng cáp đồng trục chứa đầy di-điện có tổn thất từ ​​trễ cao, trong khi loại dòng chảy được đặt tên như vậy vì nó sử dụng nước hoặc dầu hoặc một số chất lỏng là chất hấp thụ tốt của vi sóng.

Sự thay đổi nhiệt độ của chất lỏng trước và sau khi nhập tải, được lấy để hiệu chuẩn các giá trị. Các hạn chế trong phương pháp này như xác định lưu lượng, hiệu chuẩn và quán tính nhiệt, v.v.

Đo lường sự suy giảm

Trong thực tế, các thành phần và thiết bị Vi sóng thường cung cấp một số suy giảm. Mức độ suy giảm được cung cấp có thể được đo lường theo hai cách. Đó là - Phương pháp tỷ lệ công suất và phương pháp thay thế RF.

Suy hao là tỷ số giữa công suất đầu vào và công suất đầu ra và thường được biểu thị bằng decibel.

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

Trong đó $ P_ {in} $ = Công suất đầu vào và $ P_ {out} $ = Công suất đầu ra

Phương pháp tỷ lệ công suất

Trong phương pháp này, việc đo độ suy giảm diễn ra theo hai bước.

• Step 1 - Công suất đầu vào và đầu ra của toàn bộ bàn Lò vi sóng được thực hiện mà không cần tính toán độ suy giảm của thiết bị.

• Step 2 - Công suất đầu vào và đầu ra của toàn bộ bảng Lò vi sóng được thực hiện với thiết bị có độ suy giảm phải được tính toán.

Tỷ lệ của các lũy thừa này khi được so sánh sẽ cho giá trị của sự suy giảm.

Các hình sau đây là hai thiết lập giải thích điều này.

Drawback - Các phép đo công suất và độ suy giảm có thể không chính xác khi công suất đầu vào thấp và độ suy hao của mạng lớn.

Phương pháp thay thế RF

Trong phương pháp này, việc đo độ suy giảm diễn ra trong ba bước.

• Step 1 - Công suất đầu ra của toàn bộ bảng Lò vi sóng được đo với mạng có độ suy giảm phải được tính toán.

• Step 2 - Công suất đầu ra của toàn bộ bảng Lò vi sóng được đo bằng cách thay thế mạng bằng bộ suy hao được hiệu chuẩn chính xác.

• Step 3 - Bây giờ, bộ suy hao này được điều chỉnh để có được công suất tương tự như được đo với mạng.

Các hình sau đây là hai thiết lập giải thích điều này.

Giá trị được điều chỉnh trên bộ suy hao cung cấp trực tiếp suy hao của mạng. Hạn chế trong phương pháp trên được tránh ở đây và do đó đây là một quy trình tốt hơn để đo độ suy giảm.

Đo lường sự dịch chuyển pha

Trong điều kiện làm việc thực tế, có thể xảy ra sự thay đổi pha của tín hiệu so với tín hiệu thực. Để đo độ lệch pha như vậy, chúng tôi sử dụng một kỹ thuật so sánh, nhờ đó chúng tôi có thể hiệu chỉnh độ lệch pha.

Thiết lập để tính toán độ lệch pha được hiển thị trong hình sau.

Tại đây, sau khi nguồn vi sóng tạo ra tín hiệu, nó được truyền qua điểm nối Tee mặt phẳng H, từ đó một cổng được kết nối với mạng có độ lệch pha cần đo và cổng còn lại được kết nối với bộ dịch pha chính xác có thể điều chỉnh được.

Đầu ra giải điều chế là sóng sin 1 KHz, được quan sát trong CRO được kết nối. Bộ dịch pha này được điều chỉnh sao cho đầu ra của sóng sin 1 KHz cũng phù hợp với điều kiện trên. Sau khi khớp được thực hiện bằng cách quan sát ở chế độ kép CRO, bộ dịch pha chính xác này cho chúng ta đọc sự dịch chuyển pha. Điều này được hiểu rõ ràng qua hình sau.

Quy trình này được sử dụng nhiều nhất trong phép đo độ lệch pha. Bây giờ, chúng ta hãy xem cách tính VSWR.

Đo VSWR

Trong bất kỳ ứng dụng thực tế nào của Lò vi sóng, bất kỳ loại trở kháng nào không phù hợp đều dẫn đến hình thành sóng dừng. Độ mạnh của các sóng dừng này được đo bằng Tỷ lệ sóng đứng điện áp ($ VSWR $). Tỷ lệ giữa điện áp tối đa và điện áp tối thiểu cho $ VSWR $, được ký hiệu là $ S $.

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

Trong đó, $ \ rho = phản xạ \: co - hiệu quả = \ frac {P_ {phản ánh}} {P_ {sự cố}} $

Phép đo $ VSWR $ có thể được thực hiện theo hai cách, phép đo $ VSWR $ thấp và phép đo $ VSWR $ cao.

Đo VSWR thấp (S <10)

Phép đo $ VSWR $ thấp có thể được thực hiện bằng cách điều chỉnh bộ suy hao để có số đọc trên milivôn kế DC là máy đo VSWR. Các số đọc có thể được thực hiện bằng cách điều chỉnh đường có rãnh và bộ suy giảm sao cho milivôn kế DC hiển thị giá trị đọc đầy đủ cũng như số đọc tối thiểu.

Bây giờ hai bài đọc này được tính toán để tìm ra $ VSWR $ của mạng.

Đo VSWR cao (S> 10)

Phép đo $ VSWR $ cao có giá trị lớn hơn 10 có thể được đo bằng phương pháp gọi là double minimum method. Trong phương pháp này, số đọc ở giá trị nhỏ nhất được thực hiện, và số đọc ở nửa điểm của giá trị nhỏ nhất ở đỉnh trước và đỉnh sau cũng được lấy. Điều này có thể được hiểu bằng hình sau.

Bây giờ, $ VSWR $ có thể được tính bằng một quan hệ, được cho là -

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

Ở đâu, $ \ lambda_g \: là \: \: được hướng dẫn \: bước sóng $

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

Vì hai điểm tối thiểu đang được xem xét ở đây, đây được gọi là phương pháp tối thiểu kép. Bây giờ, chúng ta hãy tìm hiểu về phép đo trở kháng.

Đo trở kháng

Ngoài Magic Tee, chúng tôi có hai phương pháp khác nhau, một là sử dụng đường xẻ rãnh và phương pháp kia là sử dụng đồng hồ phản xạ.

Trở kháng sử dụng đường có rãnh

Trong phương pháp này, trở kháng được đo bằng đường có rãnh và tải $ Z_L $ và bằng cách sử dụng này, có thể xác định được $ V_ {max} $ và $ V_ {min} $. Trong phương pháp này, việc đo trở kháng diễn ra trong hai bước.

• Step 1 - Xác định Vmin sử dụng tải $ Z_L $.

• Step 2 - Xác định Vmin bằng cách nối ngắn mạch phụ tải.

Điều này được thể hiện trong các hình sau.

Khi chúng tôi cố gắng lấy các giá trị $ V_ {max} $ và $ V_ {min} $ bằng cách sử dụng tải, chúng tôi nhận được một số giá trị nhất định. Tuy nhiên, nếu điều tương tự được thực hiện bằng cách làm ngắn mạch tải, thì mức tối thiểu sẽ bị dịch chuyển sang phải hoặc sang trái. Nếu sự dịch chuyển này là sang trái, có nghĩa là tải là cảm ứng và nếu nó chuyển sang phải, có nghĩa là tải có bản chất là điện dung. Hình sau giải thích điều này.

Bằng cách ghi lại dữ liệu, một trở kháng chưa biết sẽ được tính toán. Trở kháng và hệ số phản xạ $ \ rho $ có thể thu được ở cả độ lớn và pha.

Trở kháng sử dụng phản xạ kế

Không giống như dòng có rãnh, Reflectometer chỉ giúp tìm độ lớn của trở kháng chứ không phải góc pha. Trong phương pháp này, hai bộ ghép hướng giống hệt nhau nhưng khác hướng được thực hiện.

Hai bộ ghép này được sử dụng để lấy mẫu công suất tới $ P_i $ và công suất phản xạ $ P_r $ từ tải. Máy đo phản xạ được kết nối như trong hình sau. Nó được sử dụng để thu được độ lớn của hệ số phản xạ $ \ rho $, từ đó có thể thu được trở kháng.

Từ kết quả đo phản xạ, chúng ta có

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

Từ giá trị của $ \ rho $, $ VSWR $, tức là $ S $ và trở kháng có thể được tính bằng

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

Trong đó, $ z_g $ là trở kháng sóng đã biết và $ z $ là trở kháng chưa biết.

Mặc dù các tham số sóng thuận và ngược được quan sát ở đây, sẽ không có nhiễu do thuộc tính định hướng của bộ ghép nối. Bộ suy giảm giúp duy trì công suất đầu vào thấp.

Đo Q của bộ cộng hưởng từ khoang

Mặc dù có ba phương pháp như phương pháp truyền dẫn, phương pháp trở kháng và phương pháp phân rã tạm thời hoặc phương pháp suy giảm để đo Q của một bộ cộng hưởng khoang, phương pháp dễ nhất và được tuân thủ nhiều nhất là Transmission Method. Do đó, chúng ta hãy xem thiết lập đo lường của nó.

Trong phương pháp này, bộ cộng hưởng khoang hoạt động như một thiết bị truyền dẫn. Tín hiệu đầu ra được vẽ dưới dạng một hàm của tần số dẫn đến một đường cong cộng hưởng như trong hình sau.

Từ thiết lập ở trên, tần số tín hiệu của nguồn vi sóng được thay đổi, giữ cho mức tín hiệu không đổi và sau đó công suất đầu ra được đo. Bộ cộng hưởng khoang được điều chỉnh theo tần số này, và mức tín hiệu và công suất đầu ra một lần nữa được ghi lại để nhận thấy sự khác biệt.

Khi đầu ra được vẽ, đường cong cộng hưởng sẽ thu được, từ đó chúng ta có thể nhận thấy các giá trị Half Power Bandwidth (HPBW) $ (2 \ Delta) $.

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

Trong đó, $ Q_L $ là giá trị được tải

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

Nếu khớp nối giữa nguồn vi sóng và khoang chứa, cũng như khớp nối giữa máy dò và khoang bị bỏ qua, thì

$$ Q_L = Q_0 \: (chưa tải \: Q) $$

Hạn chế

Hạn chế chính của hệ thống này là, độ chính xác hơi kém trong hệ thống Q rất cao do băng tần hoạt động hẹp.

Chúng tôi đã đề cập đến nhiều loại kỹ thuật đo lường của các thông số khác nhau. Bây giờ, chúng ta hãy thử giải quyết một vài vấn đề ví dụ về những vấn đề này.

Trong chương này, chúng ta hãy giải một số bài toán số liên quan đến lò vi sóng.

Vấn đề 1

Một hệ thống truyền dẫn sử dụng ống dẫn sóng $ TE_ {10} $ mode có kích thước $ a = 5cm, b = 3cm $ đang hoạt động tại 10GHz. Khoảng cách đo được giữa hai điểm nguồn cực tiểu là1mm on a slotted line. Calculate the VSWR of the system.

Giải pháp

Cho rằng $ f = 10GHz; a = 5cm; b = 3 cm $

Đối với ống dẫn sóng $ TE_ {10} $ mode,

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

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

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

Chúng tôi biết

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

Đối với phương pháp tối thiểu kép, VSWR được đưa ra bởi

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

Do đó, giá trị VSWR cho hệ thống truyền dẫn đã cho là 10.

Vấn đề 2

Trong thiết lập để đo trở kháng của đồng hồ phản xạ, hệ số phản xạ là bao nhiêu khi đầu ra của hai bộ ghép nối là 2mw và 0.5mw tương ứng?

Giải pháp

Cho rằng

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

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

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

$$ \ rho = \ sqrt {\ frac {P_r} {P_i}} = \ sqrt {\ frac {50mw} {200mw}} = \ sqrt {0,25} = 0,5 $$

Do đó, hệ số phản xạ $ \ rho $ của thiết lập đã cho là 0,5.

Vấn đề 3

Khi hai bộ ghép giống nhau được sử dụng trong một ống dẫn sóng để lấy mẫu công suất tới là 3mw và công suất phản xạ là 0.25mw, sau đó tìm giá trị của $ VSWR $.

Giải pháp

Chúng ta biết rằng

$$ \ rho = \ sqrt {\ frac {P_r} {P_i}} = \ sqrt {\ frac {0,25} {3}} = \ sqrt {0,0833} = 0,288 $$

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

Do đó, giá trị $ VSWR $ cho hệ thống trên là 1,80

Vấn đề 4

Hai giống nhau 30dBbộ ghép hướng được sử dụng để lấy mẫu sự cố và công suất phản xạ trong ống dẫn sóng. Giá trị của VSWR là6 và đầu ra của công suất sự cố lấy mẫu bộ ghép là 5mw. Công suất phản xạ có giá trị nào?

Giải pháp

Chúng ta biết rằng

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

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

$$ 7 \ rho = 5 $$

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

Để có được giá trị của công suất phản xạ, chúng ta có

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

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

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

Do đó, công suất phản xạ trong ống dẫn sóng này là 2,55mW.