वेवगाइड्स में प्रतिबाधा मिलान कैसे प्राप्त करें? माइक्रोस्ट्रिप एंटीना सिद्धांत में ट्रांसमिशन लाइन सिद्धांत से हम जानते हैं कि अधिकतम शक्ति संचरण और न्यूनतम परावर्तन हानि प्राप्त करने के लिए ट्रांसमिशन लाइनों के बीच या ट्रांसमिशन लाइनों और लोड के बीच प्रतिबाधा मिलान प्राप्त करने के लिए उपयुक्त श्रृंखला या समानांतर ट्रांसमिशन लाइनों का चयन किया जा सकता है। माइक्रोस्ट्रिप लाइनों में प्रतिबाधा मिलान का यही सिद्धांत वेवगाइड्स में प्रतिबाधा मिलान पर भी लागू होता है। वेवगाइड प्रणालियों में परावर्तन के कारण प्रतिबाधा बेमेल हो सकती है। जब प्रतिबाधा में गिरावट आती है, तो समाधान ट्रांसमिशन लाइनों के समान ही होता है, अर्थात् आवश्यक मान को बदलकर। बेमेल को दूर करने के लिए वेवगाइड में पूर्व-गणना किए गए बिंदुओं पर लम्पड प्रतिबाधा रखी जाती है, जिससे परावर्तन के प्रभाव समाप्त हो जाते हैं। ट्रांसमिशन लाइनें लम्पड प्रतिबाधा या स्टब्स का उपयोग करती हैं, जबकि वेवगाइड्स विभिन्न आकृतियों के धातु ब्लॉकों का उपयोग करते हैं।
चित्र 1: वेवगाइड आइरिस और समतुल्य परिपथ, (ए) संधारित्र; (बी) प्रेरक; (सी) अनुनादी।
चित्र 1 में विभिन्न प्रकार के प्रतिबाधा मिलान दर्शाए गए हैं, जो किसी भी रूप में हो सकते हैं और संधारित्र, प्रेरक या अनुनादी हो सकते हैं। गणितीय विश्लेषण जटिल है, लेकिन भौतिक व्याख्या सरल है। चित्र में पहली संधारित्र धातु पट्टी पर विचार करते हुए, यह देखा जा सकता है कि तरंगमार्ग की ऊपरी और निचली दीवारों के बीच (प्रमुख मोड में) मौजूद विभव अब दो निकटवर्ती धातु सतहों के बीच मौजूद है, इसलिए संधारित्र में वृद्धि होती है। इसके विपरीत, चित्र 1b में धातु ब्लॉक उस स्थान पर भी धारा प्रवाहित होने देता है जहाँ पहले धारा प्रवाहित नहीं होती थी। धातु ब्लॉक के जुड़ने से पहले से बढ़े हुए विद्युत क्षेत्र तल में धारा का प्रवाह होगा। इसलिए, चुंबकीय क्षेत्र में ऊर्जा का भंडारण होता है और तरंगमार्ग के उस बिंदु पर प्रेरकत्व बढ़ जाता है। इसके अतिरिक्त, यदि चित्र c में धातु वलय के आकार और स्थिति को उचित रूप से डिज़ाइन किया जाए, तो उत्पन्न प्रेरक प्रतिघात और संधारित्र प्रतिघात बराबर होंगे, और छिद्र समानांतर अनुनाद में होगा। इसका अर्थ यह है कि मुख्य मोड का प्रतिबाधा मिलान और ट्यूनिंग बहुत अच्छी है, और इस मोड का शंटिंग प्रभाव नगण्य होगा। हालांकि, अन्य मोड या आवृत्तियाँ क्षीण हो जाएँगी, इसलिए अनुनादी धातु की वलय बैंडपास फ़िल्टर और मोड फ़िल्टर दोनों के रूप में कार्य करती है।
चित्र 2: (a) वेवगाइड पोस्ट; (b) दो-स्क्रू मैचर
ट्यूनिंग का एक और तरीका ऊपर दिखाया गया है, जहाँ एक बेलनाकार धातु का खंभा एक चौड़ी भुजा से वेवगाइड में फैला हुआ है, जो उस बिंदु पर संयुक्त प्रतिघात प्रदान करने के मामले में धातु की पट्टी के समान प्रभाव डालता है। धातु का खंभा संधारित्र या प्रेरक हो सकता है, यह इस बात पर निर्भर करता है कि यह वेवगाइड में कितनी दूर तक फैला हुआ है। मूल रूप से, इस मिलान विधि में, जब ऐसा धातु का खंभा वेवगाइड में थोड़ा सा फैलता है, तो यह उस बिंदु पर संधारित्र संवेदनशीलता प्रदान करता है, और संधारित्र संवेदनशीलता तब तक बढ़ती है जब तक प्रवेश लगभग एक चौथाई तरंगदैर्ध्य तक नहीं हो जाता। इस बिंदु पर, श्रृंखला अनुनाद होता है। धातु के खंभे के और अधिक प्रवेश से प्रेरक संवेदनशीलता प्रदान होती है जो प्रवेश के पूर्ण होने पर घटती जाती है। मध्य बिंदु पर अनुनाद तीव्रता स्तंभ के व्यास के व्युत्क्रमानुपाती होती है और इसे फ़िल्टर के रूप में उपयोग किया जा सकता है, हालाँकि, इस मामले में इसका उपयोग उच्च क्रम मोड को संचारित करने के लिए बैंड स्टॉप फ़िल्टर के रूप में किया जाता है। धातु की पट्टियों के प्रतिबाधा को बढ़ाने की तुलना में, धातु के खंभों का उपयोग करने का एक प्रमुख लाभ यह है कि उन्हें समायोजित करना आसान होता है। उदाहरण के लिए, कुशल वेवगाइड मैचिंग प्राप्त करने के लिए दो स्क्रू का उपयोग ट्यूनिंग डिवाइस के रूप में किया जा सकता है।
प्रतिरोधक भार और क्षीणक:
अन्य सभी संचरण प्रणालियों की तरह, वेवगाइड्स को भी कभी-कभी बिना परावर्तन के आने वाली तरंगों को पूरी तरह अवशोषित करने और आवृत्ति के प्रति असंवेदनशील होने के लिए पूर्ण प्रतिबाधा मिलान और ट्यून्ड लोड की आवश्यकता होती है। ऐसे टर्मिनलों का एक उपयोग सिस्टम पर बिना किसी प्रकार की शक्ति विकीर्ण किए विभिन्न शक्ति मापन करना है।
चित्र 3 वेवगाइड प्रतिरोध भार (a) एकल टेपर (b) डबल टेपर
सबसे सामान्य प्रतिरोधक टर्मिनेशन एक हानिपूर्ण डाइइलेक्ट्रिक का खंड होता है जिसे वेवगाइड के सिरे पर स्थापित किया जाता है और परावर्तन न हो इसलिए इसे टेपर किया जाता है (जिसका सिरा आने वाली तरंग की ओर इंगित होता है)। यह हानिपूर्ण माध्यम वेवगाइड की पूरी चौड़ाई में फैला हो सकता है, या यह केवल वेवगाइड के सिरे के केंद्र में भी हो सकता है, जैसा कि चित्र 3 में दिखाया गया है। टेपर एकल या दोहरा हो सकता है और आमतौर पर इसकी लंबाई λp/2 होती है, जिसकी कुल लंबाई लगभग दो तरंगदैर्ध्य के बराबर होती है। यह आमतौर पर कांच जैसी डाइइलेक्ट्रिक प्लेटों से बना होता है, जिस पर बाहर से कार्बन फिल्म या वाटर ग्लास की परत चढ़ी होती है। उच्च-शक्ति अनुप्रयोगों के लिए, ऐसे टर्मिनलों में वेवगाइड के बाहर हीट सिंक लगाए जा सकते हैं, और टर्मिनल को दी जाने वाली शक्ति को हीट सिंक के माध्यम से या जबरन वायु शीतलन द्वारा नष्ट किया जा सकता है।
चित्र 4 चल वेन एट्यूनेटर
चित्र 4 में दिखाए अनुसार डाइइलेक्ट्रिक एटेन्यूएटर्स को हटाने योग्य बनाया जा सकता है। वेवगाइड के मध्य में रखे जाने पर, इसे वेवगाइड के केंद्र से, जहाँ यह अधिकतम क्षीणन प्रदान करेगा, किनारों तक पार्श्व रूप से स्थानांतरित किया जा सकता है, जहाँ क्षीणन काफी कम हो जाता है क्योंकि प्रमुख मोड की विद्युत क्षेत्र शक्ति बहुत कम होती है।
वेवगाइड में क्षीणन:
वेवगाइड्स के ऊर्जा क्षीणन में मुख्य रूप से निम्नलिखित पहलू शामिल हैं:
1. आंतरिक वेवगाइड असंतुलन या गलत संरेखित वेवगाइड खंडों से परावर्तन
2. वेवगाइड की दीवारों में प्रवाहित होने वाली धारा के कारण होने वाली हानियाँ
3. भरे हुए वेवगाइड्स में परावैद्युत हानियाँ
अंतिम दो हानियाँ समाक्षीय लाइनों में होने वाली हानियों के समान हैं और दोनों ही अपेक्षाकृत कम हैं। यह हानि दीवार की सामग्री और उसकी खुरदरापन, प्रयुक्त परावैद्युत और आवृत्ति (स्किन इफ़ेक्ट के कारण) पर निर्भर करती है। पीतल की पाइप के लिए, यह सीमा 5 GHz पर 4 dB/100m से लेकर 10 GHz पर 12 dB/100m तक होती है, जबकि एल्युमीनियम पाइप के लिए यह सीमा कम होती है। चांदी-लेपित वेवगाइड्स के लिए, हानियाँ आमतौर पर 35 GHz पर 8 dB/100m, 70 GHz पर 30 dB/100m और 200 GHz पर लगभग 500 dB/100m होती हैं। हानियों को कम करने के लिए, विशेष रूप से उच्चतम आवृत्तियों पर, वेवगाइड्स को कभी-कभी सोने या प्लैटिनम से आंतरिक रूप से लेपित किया जाता है।
जैसा कि पहले ही बताया जा चुका है, वेवगाइड एक हाई-पास फिल्टर के रूप में कार्य करता है। हालांकि वेवगाइड स्वयं लगभग हानिरहित है, कटऑफ आवृत्ति से नीचे की आवृत्तियाँ काफी हद तक क्षीण हो जाती हैं। यह क्षीणन प्रसार के कारण नहीं बल्कि वेवगाइड के मुख पर परावर्तन के कारण होता है।
वेवगाइड कपलिंग:
वेवगाइड कपलिंग आमतौर पर फ्लैंज के माध्यम से होती है जब वेवगाइड के टुकड़े या घटक आपस में जुड़ते हैं। इस फ्लैंज का कार्य सुचारू यांत्रिक जुड़ाव और उपयुक्त विद्युत गुणों, विशेष रूप से कम बाहरी विकिरण और कम आंतरिक परावर्तन को सुनिश्चित करना है।
निकला हुआ भाग:
वेवगाइड फ्लैंज का उपयोग माइक्रोवेव संचार, रडार सिस्टम, उपग्रह संचार, एंटीना सिस्टम और वैज्ञानिक अनुसंधान में प्रयोगशाला उपकरणों में व्यापक रूप से किया जाता है। इनका उपयोग विभिन्न वेवगाइड खंडों को जोड़ने, रिसाव और हस्तक्षेप को रोकने और वेवगाइड के सटीक संरेखण को बनाए रखने के लिए किया जाता है, ताकि उच्च विश्वसनीय संचरण और आवृत्ति विद्युत चुम्बकीय तरंगों की सटीक स्थिति सुनिश्चित हो सके। एक विशिष्ट वेवगाइड के प्रत्येक सिरे पर एक फ्लैंज होता है, जैसा कि चित्र 5 में दिखाया गया है।
चित्र 5 (a) प्लेन फ्लेंज; (b) फ्लेंज कपलिंग।
कम आवृत्तियों पर, फ्लैंज को वेवगाइड से ब्रेज़ या वेल्ड किया जाता है, जबकि उच्च आवृत्तियों पर एक चपटा बट फ्लैट फ्लैंज उपयोग किया जाता है। जब दो भागों को जोड़ा जाता है, तो फ्लैंज को बोल्ट से जोड़ा जाता है, लेकिन कनेक्शन में रुकावट से बचने के लिए सिरों को चिकना किया जाना चाहिए। कुछ समायोजन के साथ घटकों को सही ढंग से संरेखित करना स्पष्ट रूप से आसान होता है, इसलिए छोटे वेवगाइड कभी-कभी थ्रेडेड फ्लैंज से सुसज्जित होते हैं जिन्हें रिंग नट के साथ स्क्रू किया जा सकता है। आवृत्ति बढ़ने के साथ, वेवगाइड कपलिंग का आकार स्वाभाविक रूप से कम हो जाता है, और कपलिंग में रुकावट सिग्नल तरंगदैर्ध्य और वेवगाइड के आकार के अनुपात में बढ़ जाती है। इसलिए, उच्च आवृत्तियों पर रुकावटें अधिक परेशानी वाली हो जाती हैं।
चित्र 6 (a) चोक कपलिंग का अनुप्रस्थ काट; (b) चोक फ्लेंज का अंतिम दृश्य
इस समस्या को हल करने के लिए, वेवगाइड्स के बीच एक छोटा सा गैप छोड़ा जा सकता है, जैसा कि चित्र 6 में दिखाया गया है। एक चोक कपलिंग में एक साधारण फ्लेंज और एक चोक फ्लेंज आपस में जुड़े होते हैं। संभावित असंतुलन को दूर करने के लिए, चोक फ्लेंज में एल-आकार के क्रॉस-सेक्शन वाली एक गोलाकार चोक रिंग का उपयोग किया जाता है ताकि बेहतर फिटिंग कनेक्शन प्राप्त किया जा सके। साधारण फ्लेंज के विपरीत, चोक फ्लेंज आवृत्ति के प्रति संवेदनशील होते हैं, लेकिन एक अनुकूलित डिज़ाइन उचित बैंडविड्थ (लगभग केंद्र आवृत्ति का 10%) सुनिश्चित कर सकता है, जिसके ऊपर SWR 1.05 से अधिक नहीं होता है।
पोस्ट करने का समय: 15 जनवरी 2024
