વેવગાઇડ્સનું ઇમ્પિડન્સ મેચિંગ કેવી રીતે પ્રાપ્ત કરવું? માઇક્રોસ્ટ્રીપ એન્ટેના થિયરીમાં ટ્રાન્સમિશન લાઇન થિયરીમાંથી, આપણે જાણીએ છીએ કે મહત્તમ પાવર ટ્રાન્સમિશન અને ન્યૂનતમ રિફ્લેક્શન લોસ પ્રાપ્ત કરવા માટે ટ્રાન્સમિશન લાઇન્સ વચ્ચે અથવા ટ્રાન્સમિશન લાઇન્સ અને લોડ્સ વચ્ચે ઇમ્પિડન્સ મેચિંગ પ્રાપ્ત કરવા માટે યોગ્ય શ્રેણી અથવા સમાંતર ટ્રાન્સમિશન લાઇન્સ પસંદ કરી શકાય છે. માઇક્રોસ્ટ્રીપ લાઇન્સમાં ઇમ્પિડન્સ મેચિંગનો સમાન સિદ્ધાંત વેવગાઇડ્સમાં ઇમ્પિડન્સ મેચિંગ પર લાગુ પડે છે. વેવગાઇડ સિસ્ટમ્સમાં રિફ્લેક્શન્સ ઇમ્પિડન્સ મિસમેચ તરફ દોરી શકે છે. જ્યારે ઇમ્પિડન્સ બગાડ થાય છે, ત્યારે સોલ્યુશન ટ્રાન્સમિશન લાઇન્સ માટે સમાન હોય છે, એટલે કે, જરૂરી મૂલ્ય બદલવું મિસમેચને દૂર કરવા માટે લમ્પ્ડ ઇમ્પિડન્સ વેવગાઇડમાં પૂર્વ-ગણતરી કરેલ બિંદુઓ પર મૂકવામાં આવે છે, જેનાથી રિફ્લેક્શનની અસરો દૂર થાય છે. જ્યારે ટ્રાન્સમિશન લાઇન્સ લમ્પ્ડ ઇમ્પિડન્સ અથવા સ્ટબ્સનો ઉપયોગ કરે છે, ત્યારે વેવગાઇડ્સ વિવિધ આકારોના મેટલ બ્લોક્સનો ઉપયોગ કરે છે.
આકૃતિ 1: વેવગાઇડ આઇરિસ અને સમકક્ષ સર્કિટ, (a) કેપેસિટીવ; (b) ઇન્ડક્ટિવ; (c) રેઝોનન્ટ.
આકૃતિ 1 વિવિધ પ્રકારના ઇમ્પીડેન્સ મેચિંગ દર્શાવે છે, જે દર્શાવેલ કોઈપણ સ્વરૂપો લે છે અને કેપેસિટીવ, ઇન્ડક્ટિવ અથવા રેઝોનન્ટ હોઈ શકે છે. ગાણિતિક વિશ્લેષણ જટિલ છે, પરંતુ ભૌતિક સમજૂતી નથી. આકૃતિમાં પ્રથમ કેપેસિટીવ મેટલ સ્ટ્રીપને ધ્યાનમાં લેતા, તે જોઈ શકાય છે કે વેવગાઇડ (પ્રબળ સ્થિતિમાં) ની ઉપર અને નીચેની દિવાલો વચ્ચે અસ્તિત્વમાં રહેલો પોટેન્શિયલ હવે બે મેટલ સપાટીઓ વચ્ચે નજીકમાં અસ્તિત્વ ધરાવે છે, તેથી કેપેસિટીન્સ બિંદુ વધે છે. તેનાથી વિપરીત, આકૃતિ 1b માં મેટલ બ્લોક કરંટને ત્યાં વહેવા દે છે જ્યાં તે પહેલા વહેતો ન હતો. મેટલ બ્લોકના ઉમેરાને કારણે અગાઉ ઉન્નત ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડ પ્લેનમાં કરંટ ફ્લો હશે. તેથી, ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં ઊર્જા સંગ્રહ થાય છે અને વેવગાઇડના તે બિંદુ પર ઇન્ડક્ટન્સ વધે છે. વધુમાં, જો આકૃતિ c માં મેટલ રિંગનો આકાર અને સ્થિતિ વાજબી રીતે ડિઝાઇન કરવામાં આવે છે, તો રજૂ કરાયેલ ઇન્ડક્ટિવ રિએક્ટન્સ અને કેપેસિટીવ રિએક્ટન્સ સમાન હશે, અને છિદ્ર સમાંતર રેઝોનન્સ હશે. આનો અર્થ એ છે કે મુખ્ય મોડનું ઇમ્પીડેન્સ મેચિંગ અને ટ્યુનિંગ ખૂબ જ સારું છે, અને આ મોડની શન્ટિંગ અસર નહિવત્ હશે. જોકે, અન્ય મોડ્સ અથવા ફ્રીક્વન્સીઝને એટેન્યુએટ કરવામાં આવશે, તેથી રેઝોનન્ટ મેટલ રિંગ બેન્ડપાસ ફિલ્ટર અને મોડ ફિલ્ટર બંને તરીકે કાર્ય કરે છે.
આકૃતિ 2: (a) વેવગાઇડ પોસ્ટ્સ; (b) બે-સ્ક્રુ મેચર
ટ્યુન કરવાની બીજી રીત ઉપર બતાવેલ છે, જ્યાં એક નળાકાર ધાતુની પોસ્ટ પહોળી બાજુઓમાંથી એકથી વેવગાઇડમાં વિસ્તરે છે, જે તે બિંદુએ લમ્પ્ડ રિએક્ટન્સ પ્રદાન કરવાની દ્રષ્ટિએ મેટલ સ્ટ્રીપ જેવી જ અસર ધરાવે છે. મેટલ પોસ્ટ કેપેસિટીવ અથવા ઇન્ડક્ટિવ હોઈ શકે છે, જે તે વેવગાઇડમાં કેટલી દૂર સુધી વિસ્તરે છે તેના પર આધાર રાખે છે. મૂળભૂત રીતે, આ મેચિંગ પદ્ધતિ એ છે કે જ્યારે આવા ધાતુના થાંભલા વેવગાઇડમાં થોડો વિસ્તરે છે, ત્યારે તે તે બિંદુએ કેપેસિટીવ સસેપ્ટન્સ પ્રદાન કરે છે, અને કેપેસિટીવ સસેપ્ટન્સ વધે છે જ્યાં સુધી પેનિટ્રેશન તરંગલંબાઇના લગભગ એક ક્વાર્ટર ન થાય, આ બિંદુએ, શ્રેણી રેઝોનન્સ થાય છે. મેટલ પોસ્ટના વધુ પેનિટ્રેશનના પરિણામે ઇન્ડક્ટિવ સસેપ્ટન્સ પ્રદાન કરવામાં આવે છે જે નિવેશ વધુ પૂર્ણ થતાં ઘટે છે. મધ્યબિંદુ ઇન્સ્ટોલેશન પર રેઝોનન્સ તીવ્રતા સ્તંભના વ્યાસના વિપરિત પ્રમાણસર છે અને તેનો ઉપયોગ ફિલ્ટર તરીકે કરી શકાય છે, જો કે, આ કિસ્સામાં તેનો ઉપયોગ ઉચ્ચ ક્રમ મોડ્સને ટ્રાન્સમિટ કરવા માટે બેન્ડ સ્ટોપ ફિલ્ટર તરીકે થાય છે. મેટલ સ્ટ્રીપ્સના અવરોધમાં વધારો કરવાની તુલનામાં, મેટલ પોસ્ટ્સનો ઉપયોગ કરવાનો મુખ્ય ફાયદો એ છે કે તેમને સમાયોજિત કરવું સરળ છે. ઉદાહરણ તરીકે, કાર્યક્ષમ વેવગાઇડ મેચિંગ પ્રાપ્ત કરવા માટે બે સ્ક્રૂનો ઉપયોગ ટ્યુનિંગ ઉપકરણો તરીકે કરી શકાય છે.
પ્રતિકારક ભાર અને એટેન્યુએટર્સ:
કોઈપણ અન્ય ટ્રાન્સમિશન સિસ્ટમની જેમ, વેવગાઇડ્સને ક્યારેક પ્રતિબિંબ વિના આવતા તરંગોને સંપૂર્ણપણે શોષી લેવા અને આવર્તન અસંવેદનશીલ બનાવવા માટે સંપૂર્ણ અવબાધ મેચિંગ અને ટ્યુન કરેલા લોડની જરૂર પડે છે. આવા ટર્મિનલ્સ માટે એક એપ્લિકેશન એ છે કે કોઈપણ શક્તિને ખરેખર રેડિયેટ કર્યા વિના સિસ્ટમ પર વિવિધ પાવર માપન કરવું.
આકૃતિ 3 વેવગાઇડ પ્રતિકાર ભાર(a) સિંગલ ટેપર(b) ડબલ ટેપર
સૌથી સામાન્ય પ્રતિકારક સમાપ્તિ એ વેવગાઇડના છેડે સ્થાપિત થયેલ નુકસાનકારક ડાઇલેક્ટ્રિકનો એક ભાગ છે અને ટેપર્ડ છે (આવતા તરંગ તરફ નિર્દેશિત છે) જેથી પ્રતિબિંબ ન થાય. આ નુકસાનકારક માધ્યમ વેવગાઇડની સમગ્ર પહોળાઈ પર કબજો કરી શકે છે, અથવા તે વેવગાઇડના છેડાના કેન્દ્ર પર જ કબજો કરી શકે છે, જેમ કે આકૃતિ 3 માં બતાવ્યા પ્રમાણે. ટેપર સિંગલ અથવા ડબલ ટેપર હોઈ શકે છે અને સામાન્ય રીતે તેની લંબાઈ λp/2 હોય છે, જેની કુલ લંબાઈ લગભગ બે તરંગલંબાઇ હોય છે. સામાન્ય રીતે કાચ જેવી ડાઇલેક્ટ્રિક પ્લેટોથી બનેલી હોય છે, જે કાર્બન ફિલ્મ અથવા બહારના પાણીના કાચથી કોટેડ હોય છે. હાઇ-પાવર એપ્લિકેશનો માટે, આવા ટર્મિનલ્સમાં વેવગાઇડની બહાર હીટ સિંક ઉમેરી શકાય છે, અને ટર્મિનલને પહોંચાડવામાં આવતી શક્તિ હીટ સિંક દ્વારા અથવા ફોર્સ્ડ એર કૂલિંગ દ્વારા વિખેરી શકાય છે.
આકૃતિ 4 મૂવેબલ વેન એટેન્યુએટર
આકૃતિ 4 માં બતાવ્યા પ્રમાણે ડાઇલેક્ટ્રિક એટેન્યુએટર્સને દૂર કરી શકાય તેવા બનાવી શકાય છે. વેવગાઇડની મધ્યમાં મૂકવામાં આવે છે, તેને વેવગાઇડના કેન્દ્રથી બાજુની બાજુએ ખસેડી શકાય છે, જ્યાં તે સૌથી વધુ એટેન્યુએશન પ્રદાન કરશે, કિનારીઓ સુધી, જ્યાં એટેન્યુએશન ખૂબ જ ઓછું થાય છે કારણ કે ડોમિનન્ટ મોડની ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડ સ્ટ્રેન્થ ઘણી ઓછી હોય છે.
વેવગાઇડમાં એટેન્યુએશન:
વેવગાઇડ્સના ઉર્જા ઘટાડામાં મુખ્યત્વે નીચેના પાસાઓનો સમાવેશ થાય છે:
1. આંતરિક વેવગાઇડ ડિસ્કન્ટિન્યુઇટીઝ અથવા ખોટી રીતે ગોઠવાયેલ વેવગાઇડ વિભાગોમાંથી પ્રતિબિંબ
2. વેવગાઇડ દિવાલોમાં વહેતા પ્રવાહને કારણે થતા નુકસાન
3. ભરેલા વેવગાઇડ્સમાં ડાઇલેક્ટ્રિક નુકસાન
છેલ્લા બે કોએક્સિયલ લાઇનમાં થતા નુકસાન જેવા જ છે અને બંને પ્રમાણમાં નાના છે. આ નુકસાન દિવાલની સામગ્રી અને તેની ખરબચડી, વપરાયેલી ડાઇલેક્ટ્રિક અને આવર્તન (ત્વચાની અસરને કારણે) પર આધાર રાખે છે. પિત્તળના નળી માટે, 5 GHz પર 4 dB/100m થી 10 GHz પર 12 dB/100m સુધીની રેન્જ હોય છે, પરંતુ એલ્યુમિનિયમ નળી માટે, આ રેન્જ ઓછી હોય છે. સિલ્વર-કોટેડ વેવગાઇડ્સ માટે, નુકસાન સામાન્ય રીતે 35 GHz પર 8dB/100m, 70 GHz પર 30dB/100m અને 200 GHz પર 500 dB/100m ની નજીક હોય છે. નુકસાન ઘટાડવા માટે, ખાસ કરીને સૌથી વધુ ફ્રીક્વન્સીઝ પર, વેવગાઇડ્સને ક્યારેક સોના અથવા પ્લેટિનમથી (આંતરિક રીતે) પ્લેટેડ કરવામાં આવે છે.
જેમ પહેલાથી જ ઉલ્લેખ કરવામાં આવ્યો છે, વેવગાઇડ હાઇ-પાસ ફિલ્ટર તરીકે કાર્ય કરે છે. જોકે વેવગાઇડ પોતે વર્ચ્યુઅલ રીતે નુકસાનરહિત છે, કટઓફ ફ્રીક્વન્સીથી નીચેની ફ્રીક્વન્સીઝ ગંભીર રીતે ઓછી થાય છે. આ એટેન્યુએશન પ્રચારને બદલે વેવગાઇડ મુખ પર પ્રતિબિંબને કારણે છે.
વેવગાઇડ કપલિંગ:
વેવગાઇડ કપ્લીંગ સામાન્ય રીતે ફ્લેંજ દ્વારા થાય છે જ્યારે વેવગાઇડ ટુકડાઓ અથવા ઘટકો એકસાથે જોડાય છે. આ ફ્લેંજનું કાર્ય સરળ યાંત્રિક જોડાણ અને યોગ્ય વિદ્યુત ગુણધર્મો, ખાસ કરીને ઓછા બાહ્ય કિરણોત્સર્ગ અને ઓછા આંતરિક પ્રતિબિંબની ખાતરી કરવાનું છે.
ફ્લેંજ:
વેવગાઇડ ફ્લેંજ્સનો ઉપયોગ માઇક્રોવેવ કોમ્યુનિકેશન્સ, રડાર સિસ્ટમ્સ, સેટેલાઇટ કોમ્યુનિકેશન્સ, એન્ટેના સિસ્ટમ્સ અને પ્રયોગશાળાના સાધનોમાં વૈજ્ઞાનિક સંશોધનમાં વ્યાપકપણે થાય છે. તેનો ઉપયોગ વિવિધ વેવગાઇડ વિભાગોને જોડવા, લિકેજ અને હસ્તક્ષેપ અટકાવવા અને ઉચ્ચ વિશ્વસનીય ટ્રાન્સમિશન અને આવર્તન ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગોની ચોક્કસ સ્થિતિ સુનિશ્ચિત કરવા માટે વેવગાઇડનું ચોક્કસ ગોઠવણી જાળવવા માટે થાય છે. આકૃતિ 5 માં બતાવ્યા પ્રમાણે, લાક્ષણિક વેવગાઇડમાં દરેક છેડે ફ્લેંજ હોય છે.
આકૃતિ 5 (a) પ્લેન ફ્લેંજ;(b) ફ્લેંજ કપ્લિંગ.
ઓછી ફ્રીક્વન્સીઝ પર ફ્લેંજને વેવગાઈડ સાથે બ્રેઝ્ડ અથવા વેલ્ડ કરવામાં આવશે, જ્યારે ઉચ્ચ ફ્રીક્વન્સીઝ પર ફ્લેટ બટ ફ્લેટ ફ્લેંજનો ઉપયોગ કરવામાં આવશે. જ્યારે બે ભાગો જોડવામાં આવે છે, ત્યારે ફ્લેંજ્સને એકસાથે બોલ્ટ કરવામાં આવે છે, પરંતુ જોડાણમાં વિસંગતતા ટાળવા માટે છેડા સરળતાથી પૂર્ણ કરવા જોઈએ. કેટલાક ગોઠવણો સાથે ઘટકોને યોગ્ય રીતે ગોઠવવાનું સ્પષ્ટપણે સરળ છે, તેથી નાના વેવગાઈડ્સ ક્યારેક થ્રેડેડ ફ્લેંજ્સથી સજ્જ હોય છે જેને રિંગ નટ સાથે સ્ક્રૂ કરી શકાય છે. જેમ જેમ આવર્તન વધે છે, વેવગાઈડ કપલિંગનું કદ કુદરતી રીતે ઘટે છે, અને સિગ્નલ તરંગલંબાઇ અને વેવગાઈડ કદના પ્રમાણમાં કપલિંગ ડિસ્કન્ટિન્યુટી મોટી થાય છે. તેથી, ઉચ્ચ ફ્રીક્વન્સીઝ પર વિસંગતતાઓ વધુ મુશ્કેલીકારક બને છે.
આકૃતિ 6 (a) ચોક કપલિંગનો ક્રોસ સેક્શન; (b) ચોક ફ્લેંજનો અંતિમ દૃશ્ય
આ સમસ્યાને ઉકેલવા માટે, આકૃતિ 6 માં બતાવ્યા પ્રમાણે, વેવગાઇડ્સ વચ્ચે એક નાનું અંતર છોડી શકાય છે. એક સામાન્ય ફ્લેંજ અને એક ચોક ફ્લેંજ એકસાથે જોડાયેલ હોય તેવું ચોક કપલિંગ. શક્ય વિસંગતતાઓને વળતર આપવા માટે, કડક ફિટિંગ કનેક્શન પ્રાપ્ત કરવા માટે ચોક ફ્લેંજમાં L-આકારના ક્રોસ-સેક્શન સાથે ગોળાકાર ચોક રિંગનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. સામાન્ય ફ્લેંજથી વિપરીત, ચોક ફ્લેંજ્સ ફ્રીક્વન્સી સંવેદનશીલ હોય છે, પરંતુ ઑપ્ટિમાઇઝ ડિઝાઇન વાજબી બેન્ડવિડ્થ (કદાચ કેન્દ્ર આવર્તનના 10%) સુનિશ્ચિત કરી શકે છે જેના પર SWR 1.05 થી વધુ ન હોય.
પોસ્ટ સમય: જાન્યુઆરી-૧૫-૨૦૨૪
