Transmissielijnen en golfgeleiders: 7 belangrijke verklaringen

Discussiepunten: transmissielijnen en golfgeleiders

• Inleiding tot transmissielijnen en golfgeleiders
• Soorten golfgeleiders
• Soorten transmissielijnen
• Parallelle plaat golfgeleider
• Rechthoekige golfgeleider
• Circulaire golfgeleider

Gedetailleerde analyse van transmissielijnen! Kijk hier!

Inleidingen over transmissielijnen (TL) en golfgeleider (WG)

De uitvinding en ontwikkeling van transmissielijnen en andere golfgeleiders voor de overdracht met lage verliezen van vermogen bij hoge frequentie behoren tot de vroegste mijlpalen in de geschiedenis van microgolftechniek. Voorheen draaiden radiofrequentie- en aanverwante onderzoeken om de verschillende soorten transmissiemedia. Het heeft voordelen voor het regelen van een hoog vermogen. Maar aan de andere kant is het inefficiënt bij het regelen op lagere frequenties.

Twee-aderige lijnen kosten minder, maar ze hebben geen afscherming. Er zijn coaxkabels die afgeschermd zijn, maar het is moeilijk om de gecompliceerde microgolfcomponenten te fabriceren. Voordeel van Planar line is dat er verschillende uitvoeringen zijn. Sleuflijnen, co-vlakke lijnen, microstriplijnen zijn enkele van zijn vormen. Dit soort transmissielijnen zijn compact, economisch en gemakkelijk te integreren met actieve circuitapparaten.

Parameters zoals voortplantingsconstante, karakteristieke impedantie, verzwakkingsconstanten beschouwen hoe een transmissielijn zich zal gedragen. In dit artikel leren we over de verschillende soorten ervan. Bijna alle transmissielijnen (die meerdere geleiders hebben) zijn in staat de transversale elektromagnetische golven te ondersteunen. De longitudinale veldcomponenten zijn voor hen niet beschikbaar. Deze specifieke eigenschap kenmerkt de TEM-lijnen en golfgeleiders. Ze hebben een unieke spanning, stroom en karakteristieke impedantiewaarde. Golfgeleiders met een enkele geleider kunnen TE (transversaal elektrisch) of TM (transversaal magnetisch) of beide ondersteunen. In tegenstelling tot nu hebben transversale elektrische en transversale magnetische modi hun respectievelijke longitudinale veldcomponenten. Ze worden vertegenwoordigd door die eigenschap.  

Weet over 7+ toepassingen van microgolftechniek en overzicht. Klik hier!

Soorten golfgeleiders

Hoewel er verschillende soorten golfgeleiders zijn, worden enkele van de meest populaire hieronder vermeld.

• Parallelle plaat golfgeleider
• rechthoekige golfgeleider
• Circulaire golfgeleider

Typen transmissielijnen

Enkele soorten transmissielijnen worden hieronder vermeld.

• Striplijn
• Microstrip-lijn
• Coaxiale lijn

Parallelle plaat golfgeleider

Parallelle plaatgolfgeleider is een van de populaire typen golfgeleider, die zowel transversale elektrische als transversale magnetische modi kan regelen. Een van de redenen achter de populariteit van parallelle plaatgolfgeleider is dat ze toepassingen hebben bij het maken van modellen voor de grotere-orde-modi in lijnen.

De bovenstaande afbeelding (transmissielijnen en golfgeleiders) toont de geometrie van de golfgeleider met parallelle plaat. Hier is de stripbreedte W en wordt deze als belangrijker beschouwd dan de scheiding van d. Dat is hoe het randveld en eventuele x-variabelen kunnen worden geannuleerd. De opening tussen twee platen wordt opgevuld door een materiaal met een permittiviteit ε en een permeabiliteit van μ.

TEM-modi

De oplossing van de TEM-modi wordt berekend met behulp van de oplossing van de Laplace-vergelijking. De vergelijking wordt berekend rekening houdend met de factor voor de elektrostatische spanning die tussen de geleiderplaten ligt.

Oplossend, de vergelijking, het transversale elektrische veld komt als:

e^- (x, y) = ∇_t ϕ (X, Y) = - Y^{^} V_o / NS.

Dan is het totale elektrische veld: E^- (x, y, z) = h^- (x, y) e^{- jkz} = ja^{^} (V_o / d) * e^-jkz

k staat voor de voortplantingsconstante. Het wordt gegeven als: k = w √ (μ * ε)

De vergelijking van de magnetische velden komt als:

Hier verwijst η naar de intrinsieke impedantie van het medium dat tussen de geleiderplaten van parallelle plaatgolfgeleiders ligt. Het wordt gegeven als: η = √ (μ / ε)

TM-modi

Transversale magnetische of TM-modi kunnen worden gekenmerkt door H_z = 0 en een eindige elektrische veldwaarde.

(∂² / Y² +k²_c) En_z (x, y) = 0

Hier is kc het afgesneden golfgetal en gegeven door k_c = √ (k² - β²)

Na de oplossing van de vergelijking diende de Electric E in_X komt als:

E_z (x, y, z) = A_n zonde (n * π * y / d) * e^{- jβz}

De transversale veldcomponenten kunnen worden geschreven als:

H_x = (jw / k_c) Een_n cos (nπy / d) e^{- jβz}

E_y = (-jB / k_c) Een_n cos (ny / d) e^{- jβz}

E_x = H_y = 0.

De afsnijfrequentie van de TM-modus kan worden geschreven als:

f_c= k_c / (2π * √ (με)) = n / (2d * √ (με))

De golfimpedantie komt als Z_TM = β / ωε

De fasesnelheid: v_p = ω / β

De gidsgolflengte: λ_g = 2π / β

TE-modi

H_z (x, y) = B_n cos (ny / d) e^{- jβz}

Vergelijkingen van de transversale velden worden hieronder vermeld.

De voortplantingsconstante β = √ (k2 - (nπ / d)²)

De afsnijfrequentie: f_c = n / (2d √ (με))

De impedantie van de TM-modus: Z_TE = E_x /h_y = k_n/ β = ωμ / β

rechthoekige golfgeleider

De rechthoekige golfgeleider is een van de belangrijkste typen golfgeleiders die worden gebruikt om microgolfsignalen uit te zenden, en toch zijn ze gebruikt.

Met de ontwikkeling van miniaturisatie is de golfgeleider vervangen door vlakke transmissielijnen zoals striplijnen en microstriplijnen. Toepassingen die hoog nominaal vermogen gebruiken, die millimetergolftechnologieën gebruiken, sommige specifieke satelliettechnologieën gebruiken nog steeds de golfgeleiders.

Aangezien de rechthoekige golfgeleider niet meer dan twee geleiders heeft, is hij alleen geschikt voor transversale magnetische en transversale elektrische modi.

TE-modi

De oplossing voor H_z komt als: H_z (x, y, z) = A_mn cos (mπx / a) cos (nπy / b) e^{- jβz}

Amn is een constante.

De veldcomponenten van de TEmn-modi worden hieronder opgesomd:

De voortplantingsconstante is,

TM-modi

De oplossing voor E_z komt als: E_z (x, y, z) = B_mn sin (mπx / a) sin (nπy / b) e^{- jβz}

Bmn is constant.

De veldcomponent van de TM-modus wordt berekend zoals hieronder.

Voortplantingsconstante :

De golfimpedantie: Z_TM = E_x /h_y = -E_y /h_x = bη * η / k

Circulaire golfgeleider

De cirkelvormige golfgeleider is een gedempte, ronde buisconstructie. Het ondersteunt zowel de TE- als de TM-modus. De onderstaande afbeelding geeft de geometrische beschrijving van een cirkelvormige golfgeleider weer. Het heeft een binnenradius 'a' en wordt gebruikt in cilindrische coördinaten.

E_ρ = (- j/k²_c) [β ∂E_z/ ∂ρ + (ωµ / ρ) ∂ H_z/ ]

E_ϕ = (- j/k²_c) [β ∂E_z/ ∂ρ - (ωµ / ρ) ∂ H_z/ ]

H_ρ = (j / k²_c) [(ωe / ρ) ∂E_z / ∂φ - β ∂ H_z/ ]

H_ϕ = (-j / k2_c) [(ωe / ρ) ∂E_z / ∂φ + β ∂ H_z/ ]

TE-modi

De golfvergelijking is:

∇²H_z +k²H_z = 0.

k: ω√e

De voortplantingsconstante: B_mn = √ (k² - k_c²)

Afgesneden frequentie: fc_nm = k_c / (2π * √ (με))

De transversale veldcomponenten zijn:

E_p = (- jωµn / k²_cρ) * (A cos nφ - B sin nφ) J_n (k_c) e^{- jβz}

H_φ = (- jβn / k²_cρ) (A cos nφ - B sin nφ) J_n (k_c) e^{- jβz}

De golfimpedantie is:

Z_TE = E_p /h_ϕ = - E_ϕ /h_p = ηk / β

TM-modi

Om de noodzakelijke vergelijkingen te bepalen voor de cirkelvormige golfgeleider die in transversale magnetische modi werkt, wordt de golfvergelijking opgelost en wordt de waarde van Ez berekend. De vergelijking wordt opgelost in cilindrische coördinaten.

[​² / ∂ρ² + (1 / ρ) ∂ / ∂ρ + (1 / ρ²) ​²/² +k²c] e_z = 0,

TM_nm Modus Voortplantingsconstante ->

β nm = √ (k² - kc²) = √ (k² - (p_nm/een)²)

Afsnijfrequentie: f_CNM = k_c / (2π√µε) = p_nm / (2πa µε)

De transversale velden zijn:

E_ρ = (- jβ / k_c) (A sin nφ + B cos nφ) J_n^/ (k_c) e^{- jβz}

E_φ = (- jβn / k²_cρ) (A cos nφ - B sin nφ) J_n (k_c) e^{- jβz}

H_ρ = (jωen / k² _cρ) (A cos nφ - B sin nφ) J_n (k_c) e^{- jβz}

H_φ = (- jωe / k_c) (A sin nφ + B cos nφ) Jn` (k_c) e^{- jβz}

De golfimpedantie is Z_TM = E_p /h_φ = - E_ϕ/H_p = ηβ / k

Striplijn

Een van de voorbeelden van een transmissielijn van het vlakke type is Stripline. Het is voordelig voor opname binnen magnetron circuits. Stripline kan van twee soorten zijn: asymmetrische stripline en inhomogene stripline. Omdat stripline twee geleiders heeft, ondersteunt deze de TEM-modus. De geometrische weergave is weergegeven in de onderstaande figuur.

Soedipta Roy

Hallo, ik ben Sudipta Roy. Ik heb B. Tech in elektronica gedaan. Ik ben een elektronica-liefhebber en houd mij momenteel bezig met elektronica en communicatie. Ik heb een grote interesse in het verkennen van moderne technologieën zoals AI en Machine Learning. Mijn geschriften zijn gewijd aan het verstrekken van nauwkeurige en bijgewerkte gegevens aan alle leerlingen. Iemand helpen bij het opdoen van kennis geeft mij enorm veel plezier.
Laten we verbinding maken via LinkedIn –