वेव्हगाईड्सचे इम्पेडन्स मॅचिंग कसे साधायचे? मायक्रोस्ट्रिप अँटेना सिद्धांतातील ट्रान्समिशन लाईन सिद्धांतानुसार, आपल्याला माहित आहे की जास्तीत जास्त पॉवर ट्रान्समिशन आणि कमीत कमी रिफ्लेक्शन लॉस मिळवण्यासाठी, ट्रान्समिशन लाईन्समध्ये किंवा ट्रान्समिशन लाईन्स आणि लोड्समध्ये इम्पेडन्स मॅचिंग साधण्याकरिता योग्य सिरीज किंवा पॅरलल ट्रान्समिशन लाईन्स निवडल्या जाऊ शकतात. मायक्रोस्ट्रिप लाईन्समधील इम्पेडन्स मॅचिंगचे हेच तत्त्व वेव्हगाईड्समधील इम्पेडन्स मॅचिंगलाही लागू होते. वेव्हगाईड सिस्टीममधील रिफ्लेक्शन्समुळे इम्पेडन्स मिसमॅच होऊ शकतो. जेव्हा इम्पेडन्समध्ये घट होते, तेव्हा उपाय ट्रान्समिशन लाईन्सप्रमाणेच असतो, म्हणजेच, मिसमॅचवर मात करण्यासाठी वेव्हगाईडमधील पूर्व-गणना केलेल्या बिंदूंवर आवश्यक मूल्याचा लंप्ड इम्पेडन्स ठेवला जातो, ज्यामुळे रिफ्लेक्शन्सचे परिणाम नाहीसे होतात. ट्रान्समिशन लाईन्समध्ये लंप्ड इम्पेडन्स किंवा स्टब्स वापरले जातात, तर वेव्हगाईड्समध्ये विविध आकारांचे मेटल ब्लॉक्स वापरले जातात.
आकृती १: वेव्हगाईड आयरीसेस आणि समतुल्य सर्किट, (अ) कपॅसिटिव्ह; (ब) इंडक्टिव्ह; (क) रेझोनंट.
आकृती १ मध्ये इम्पेडन्स मॅचिंगचे विविध प्रकार दाखवले आहेत, जे दर्शविलेल्या कोणत्याही स्वरूपात असू शकतात आणि ते कपॅसिटिव्ह, इंडक्टिव्ह किंवा रेझोनंट असू शकतात. याचे गणितीय विश्लेषण गुंतागुंतीचे आहे, परंतु भौतिक स्पष्टीकरण सोपे आहे. आकृतीमधील पहिल्या कपॅसिटिव्ह धातूच्या पट्टीचा विचार केल्यास, असे दिसून येते की वेव्हगाईडच्या वरच्या आणि खालच्या भिंतींमध्ये (प्रभावी मोडमध्ये) अस्तित्वात असलेले पोटेन्शिअल आता अधिक जवळ असलेल्या दोन धातूच्या पृष्ठभागांमध्ये अस्तित्वात आहे, त्यामुळे त्या बिंदूवर कपॅसिटन्स वाढतो. याउलट, आकृती १ब मधील धातूचा ठोकळा अशा ठिकाणी विद्युत प्रवाह वाहू देतो जिथे तो पूर्वी वाहत नव्हता. धातूच्या ठोकळ्याच्या समावेशामुळे पूर्वी वाढलेल्या विद्युत क्षेत्र प्रतलामध्ये विद्युत प्रवाह वाहील. त्यामुळे, चुंबकीय क्षेत्रात ऊर्जेचा साठा होतो आणि वेव्हगाईडच्या त्या बिंदूवर इंडक्टन्स वाढतो. याव्यतिरिक्त, जर आकृती क मधील धातूच्या रिंगचा आकार आणि स्थान योग्यरित्या डिझाइन केले असेल, तर निर्माण होणारा इंडक्टिव्ह रिॲक्टन्स आणि कपॅसिटिव्ह रिॲक्टन्स समान होईल आणि ॲपर्चर पॅरलल रेझोनन्समध्ये असेल. याचा अर्थ असा की, मुख्य मोडचे इम्पेडन्स मॅचिंग आणि ट्यूनिंग खूप चांगले असते आणि या मोडचा शंटिंग परिणाम नगण्य असेल. तथापि, इतर मोड्स किंवा फ्रिक्वेन्सी क्षीण होतील, त्यामुळे रेझोनंट मेटल रिंग बँडपास फिल्टर आणि मोड फिल्टर या दोन्हीप्रमाणे कार्य करते.
आकृती २: (अ) वेव्हगाईड पोस्ट्स; (ब) दोन-स्क्रू मॅचर
ट्यूनिंग करण्याची आणखी एक पद्धत वर दर्शविली आहे, जिथे एक दंडगोलाकार धातूचा खांब एका रुंद बाजूने वेव्हगाईडमध्ये आतपर्यंत जातो, ज्यामुळे त्या ठिकाणी एकत्रित प्रतिबाधा (lumped reactance) निर्माण करण्याच्या बाबतीत धातूच्या पट्टीसारखाच परिणाम होतो. हा धातूचा खांब वेव्हगाईडमध्ये किती आतपर्यंत जातो यावर अवलंबून, तो कपॅसिटिव्ह (capacitive) किंवा इंडक्टिव्ह (inductive) असू शकतो. मूलतः, या जुळवणी पद्धतीमध्ये, जेव्हा असा धातूचा खांब वेव्हगाईडमध्ये किंचित आत जातो, तेव्हा तो त्या ठिकाणी कपॅसिटिव्ह ससेप्टन्स (capacitive susceptance) निर्माण करतो, आणि जोपर्यंत आत जाण्याची प्रक्रिया तरंगलांबीच्या सुमारे एक चतुर्थांश होत नाही, तोपर्यंत हा कपॅसिटिव्ह ससेप्टन्स वाढत जातो. या बिंदूवर, सिरीज रेझोनन्स (series resonance) होतो. धातूच्या खांबाचा आणखी आत शिरकाव झाल्यावर इंडक्टिव्ह ससेप्टन्स निर्माण होतो, जो आत शिरण्याची प्रक्रिया अधिक पूर्ण झाल्यावर कमी होतो. मध्यभागी बसवलेल्या खांबाची रेझोनन्स तीव्रता खांबाच्या व्यासाच्या व्यस्त प्रमाणात असते आणि त्याचा वापर फिल्टर म्हणून केला जाऊ शकतो, तथापि, या प्रकरणात उच्च-श्रेणीचे मोड्स (higher order modes) प्रसारित करण्यासाठी त्याचा वापर बँड स्टॉप फिल्टर (band stop filter) म्हणून केला जातो. धातूच्या पट्ट्यांचा इम्पेडन्स (impedance) वाढवण्याच्या तुलनेत, धातूचे खांब वापरण्याचा एक मोठा फायदा हा आहे की ते समायोजित करणे सोपे असते. उदाहरणार्थ, कार्यक्षम वेव्हगाईड जुळवणी साधण्यासाठी दोन स्क्रू ट्यूनिंग उपकरण म्हणून वापरले जाऊ शकतात.
रोधक भार आणि क्षीणक:
इतर कोणत्याही पारेषण प्रणालीप्रमाणे, येणाऱ्या लहरींना परावर्तनाशिवाय पूर्णपणे शोषून घेण्यासाठी आणि वारंवारतेसाठी असंवेदनशील राहण्यासाठी, वेव्हगाईड्सना कधीकधी अचूक इम्पेडन्स मॅचिंग आणि ट्यून्ड लोड्सची आवश्यकता असते. अशा टर्मिनल्सचा एक उपयोग म्हणजे प्रत्यक्ष कोणतीही शक्ती उत्सर्जित न करता प्रणालीवर विविध शक्ती मोजमाप करणे.
आकृती ३ वेव्हगाईड रेझिस्टन्स लोड (अ) सिंगल टेपर (ब) डबल टेपर
सर्वात सामान्य रेझिस्टिव्ह टर्मिनेशन म्हणजे वेव्हगाईडच्या टोकाला बसवलेला आणि परावर्तन होऊ नये म्हणून निमुळता (टोक येणाऱ्या लहरीच्या दिशेने) केलेला लॉसी डायइलेक्ट्रिकचा एक भाग. हे लॉसी माध्यम वेव्हगाईडची संपूर्ण रुंदी व्यापू शकते, किंवा ते वेव्हगाईडच्या टोकाच्या फक्त मध्यभागी असू शकते, जसे की आकृती ३ मध्ये दाखवले आहे. हा निमुळतेपणा एकेरी किंवा दुहेरी असू शकतो आणि सामान्यतः त्याची लांबी λp/2 असते, ज्याची एकूण लांबी अंदाजे दोन वेव्हलेंग्थ असते. हे सहसा काचेसारख्या डायइलेक्ट्रिक प्लेट्सपासून बनवलेले असते, ज्यांच्या बाहेरील बाजूस कार्बन फिल्म किंवा वॉटर ग्लासचा लेप दिलेला असतो. उच्च-शक्तीच्या अनुप्रयोगांसाठी, अशा टर्मिनल्सच्या वेव्हगाईडच्या बाहेरील बाजूस हीट सिंक जोडले जाऊ शकतात आणि टर्मिनलला पुरवलेली शक्ती हीट सिंकद्वारे किंवा फोर्स्ड एअर कूलिंगद्वारे विसर्जित केली जाऊ शकते.
आकृती ४ चल फलक क्षीणक
आकृती ४ मध्ये दाखवल्याप्रमाणे डायलेक्ट्रिक अॅटेन्युएटर काढता येण्याजोगे बनवता येतात. वेव्हगाईडच्या मध्यभागी ठेवल्यास, ते वेव्हगाईडच्या केंद्रापासून कडेपर्यंत बाजूला सरकवता येते, जिथे ते सर्वाधिक क्षीणन प्रदान करते, तर कडेवर प्रभावी मोडच्या विद्युत क्षेत्राची तीव्रता खूपच कमी असल्यामुळे क्षीणन मोठ्या प्रमाणात कमी होते.
वेव्हगाईडमधील क्षीणन:
वेव्हगाईड्सच्या ऊर्जा क्षीणतेमध्ये प्रामुख्याने खालील बाबींचा समावेश होतो:
१. वेव्हगाईडच्या अंतर्गत विसंगती किंवा चुकीच्या पद्धतीने जोडलेल्या वेव्हगाईड भागांमुळे होणारे परावर्तन
२. वेव्हगाईडच्या भिंतींमधून वाहणाऱ्या विद्युत प्रवाहामुळे होणारे नुकसान
३. भरलेल्या वेव्हगाईड्समधील डायलेक्ट्रिक हानी
शेवटचे दोन कोॲक्सिअल लाईन्समधील संबंधित हानीसारखेच आहेत आणि दोन्ही तुलनेने कमी आहेत. ही हानी भिंतीच्या पदार्थावर आणि त्याच्या खडबडीतपणावर, वापरलेल्या डायलेक्ट्रिकवर आणि वारंवारतेवर (स्किन इफेक्टमुळे) अवलंबून असते. पितळेच्या कंड्युइटसाठी, ही श्रेणी ५ GHz वर ४ dB/१००m पासून १० GHz वर १२ dB/१००m पर्यंत असते, परंतु ॲल्युमिनियम कंड्युइटसाठी ही श्रेणी कमी असते. चांदीचा मुलामा असलेल्या वेव्हगाईड्ससाठी, हानी साधारणपणे ३५ GHz वर ८ dB/१००m, ७० GHz वर ३० dB/१००m आणि २०० GHz वर जवळपास ५०० dB/१००m असते. हानी कमी करण्यासाठी, विशेषतः उच्चतम वारंवारतेवर, वेव्हगाईड्सवर कधीकधी (आतून) सोने किंवा प्लॅटिनमचा मुलामा दिला जातो.
आधी नमूद केल्याप्रमाणे, वेव्हगाईड हाय-पास फिल्टरप्रमाणे कार्य करते. जरी वेव्हगाईड स्वतः जवळजवळ ऊर्जा-ऱ्हासरहित असले तरी, कटऑफ फ्रिक्वेन्सीच्या खालील फ्रिक्वेन्सी मोठ्या प्रमाणात क्षीण होतात. हे क्षीणन प्रसारणामुळे नव्हे, तर वेव्हगाईडच्या मुखाशी होणाऱ्या परावर्तनामुळे होते.
वेव्हगाईड कपलिंग:
जेव्हा वेव्हगाईडचे तुकडे किंवा घटक एकत्र जोडले जातात, तेव्हा सामान्यतः फ्लँजद्वारे वेव्हगाईड कपलिंग होते. या फ्लँजचे कार्य एक सुरळीत यांत्रिक जोडणी आणि योग्य विद्युत गुणधर्म, विशेषतः कमी बाह्य प्रारण आणि कमी अंतर्गत परावर्तन, सुनिश्चित करणे हे आहे.
फ्लॅंज:
वेव्हगाईड फ्लँजेसचा वापर मायक्रोवेव्ह कम्युनिकेशन, रडार सिस्टीम, सॅटेलाइट कम्युनिकेशन, अँटेना सिस्टीम आणि वैज्ञानिक संशोधनातील प्रयोगशाळेच्या उपकरणांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर केला जातो. त्यांचा उपयोग वेव्हगाईडचे वेगवेगळे भाग जोडण्यासाठी, गळती आणि व्यत्यय टाळण्यासाठी, तसेच उच्च वारंवारतेच्या विद्युत चुंबकीय लहरींचे विश्वसनीय प्रसारण आणि अचूक स्थाननिश्चिती सुनिश्चित करण्यासाठी वेव्हगाईडचे अचूक संरेखन राखण्याकरिता केला जातो. आकृती ५ मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, एका सामान्य वेव्हगाईडच्या प्रत्येक टोकाला एक फ्लँज असतो.
आकृती ५ (अ) साधा फ्लॅंज; (ब) फ्लॅंज कपलिंग.
कमी फ्रिक्वेन्सीवर फ्लॅंज वेव्हगाईडला ब्रेझ किंवा वेल्ड केली जाते, तर जास्त फ्रिक्वेन्सीवर अधिक सपाट बट फ्लॅट फ्लॅंज वापरली जाते. जेव्हा दोन भाग जोडले जातात, तेव्हा फ्लॅंज बोल्टने एकत्र जोडल्या जातात, परंतु जोडणीमध्ये खंड पडू नये म्हणून टोके गुळगुळीत करणे आवश्यक असते. काही समायोजनांसह घटकांना योग्यरित्या संरेखित करणे साहजिकच सोपे असते, म्हणून लहान वेव्हगाईड्सना कधीकधी थ्रेडेड फ्लॅंज बसवलेल्या असतात, ज्या रिंग नटने एकत्र स्क्रू केल्या जाऊ शकतात. जसजशी फ्रिक्वेन्सी वाढते, तसतसा वेव्हगाईड कपलिंगचा आकार नैसर्गिकरित्या कमी होतो आणि सिग्नल वेव्हलेंथ व वेव्हगाईडच्या आकाराच्या प्रमाणात कपलिंगमधील खंड अधिक मोठा होतो. त्यामुळे, जास्त फ्रिक्वेन्सीवरील खंड अधिक त्रासदायक ठरतात.
आकृती ६ (अ) चोक कपलिंगचा आडवा छेद; (ब) चोक फ्लँजचे शेवटचे दृश्य
ही समस्या सोडवण्यासाठी, आकृती ६ मध्ये दाखवल्याप्रमाणे वेव्हगाईड्समध्ये एक लहान फट ठेवता येते. एक सामान्य फ्लॅंज आणि एक चोक फ्लॅंज एकत्र जोडून चोक कपलिंग तयार केले जाते. संभाव्य विसंगतींची भरपाई करण्यासाठी, अधिक घट्ट जोडणी साधण्याकरिता चोक फ्लॅंजमध्ये L-आकाराच्या क्रॉस-सेक्शनची एक गोलाकार चोक रिंग वापरली जाते. सामान्य फ्लॅंजच्या विपरीत, चोक फ्लॅंज वारंवारतेसाठी संवेदनशील असतात, परंतु एक अनुकूलित रचना एक वाजवी बँडविड्थ (कदाचित केंद्र वारंवारतेच्या १०%) सुनिश्चित करू शकते, ज्यावर SWR १.०५ पेक्षा जास्त होत नाही.
पोस्ट करण्याची वेळ: १५ जानेवारी २०२४
