Ingegneria a microonde - Dispositivi a microonde

Proprio come altri sistemi, i sistemi a microonde sono costituiti da molti componenti a microonde, principalmente con sorgente a un'estremità e carico all'altra, che sono tutti collegati con guide d'onda o cavi coassiali o sistemi di linee di trasmissione.

Di seguito sono riportate le proprietà delle guide d'onda.

  • SNR elevato
  • Bassa attenuazione
  • Minore perdita di inserzione

Funzioni microonde guida d'onda

Considera una guida d'onda con 4 porte. Se l'alimentazione viene applicata a una porta, passa attraverso tutte e 3 le porte in alcune proporzioni in cui parte di essa potrebbe riflettersi dalla stessa porta. Questo concetto è chiaramente illustrato nella figura seguente.

Parametri di dispersione

Per una rete a due porte, come mostrato nella figura seguente, se l'alimentazione viene applicata a una porta, come abbiamo appena discusso, la maggior parte dell'alimentazione fuoriesce dall'altra porta, mentre una parte si riflette sulla stessa porta. Nella figura seguente, ifV1 o V2 viene applicato, quindi I1 o I2 flussi di corrente rispettivamente.

Se la sorgente è applicata alla porta opposta, si devono considerare altre due combinazioni. Quindi, per una rete a due porte, è probabile che si verifichino 2 × 2 = 4 combinazioni.

Le onde viaggianti con potenze associate quando si diffondono attraverso le porte, la giunzione a microonde può essere definita da parametri S o Scattering Parameters, che sono rappresentati in una forma di matrice, chiamata come "Scattering Matrix".

Matrice di dispersione

È una matrice quadrata che fornisce tutte le combinazioni di rapporti di potenza tra le varie porte di ingresso e uscita di una giunzione a microonde. Gli elementi di questa matrice sono chiamati"Scattering Coefficients" o "Scattering (S) Parameters".

Considera la figura seguente.

Qui, la sorgente è collegata tramite $i^{th}$ linea mentre $a_1$ è l'onda incidente e $b_1$ è l'onda riflessa.

Se viene fornita una relazione tra $b_1$ e $a_1$,

$$b_1 = (reflection \: \: coefficient)a_1 = S_{1i}a_1$$

Dove

  • $S_{1i}$ = Coefficiente di riflessione di $1^{st}$ linea (dove $i$ è la porta di input e $1$ è la porta di uscita)

  • $1$ = Riflessione da $1^{st}$ linea

  • $i$ = Sorgente collegata a $i^{th}$ linea

Se l'impedenza corrisponde, la potenza viene trasferita al carico. Improbabile, se l'impedenza di carico non corrisponde all'impedenza caratteristica. Quindi, si verifica la riflessione. Ciò significa che la riflessione si verifica se

$$Z_l \neq Z_o$$

Tuttavia, se questa mancata corrispondenza è presente per più di una porta, esempio $'n'$ porti, quindi $i = 1$ per $n$ (da $i$ può essere qualsiasi linea da $1$ per $n$).

Pertanto, abbiamo

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

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

$$.$$

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

Quando tutta questa cosa è mantenuta in una forma a matrice,

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

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

La matrice della colonna $\left [ b \right ]$ corrisponde alle onde riflesse o all'uscita, mentre la matrice $\left [ a \right ]$corrisponde alle onde incidenti o all'ingresso. La matrice della colonna di scattering$\left [ s \right ]$ che è dell'ordine di $n \times n$contiene i coefficienti di riflessione e i coefficienti di trasmissione. Perciò,

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

Proprietà della matrice [S]

La matrice di scattering è indicata come $[S]$matrice. Ci sono poche proprietà standard per$[S]$matrice. Sono -

  • $[S]$ è sempre una matrice quadrata di ordine (nxn)

    $[S]_{n \times n}$

  • $[S]$ è una matrice simmetrica

    cioè $S_{ij} = S_{ji}$

  • $[S]$ è una matrice unitaria

    cioè $[S][S]^* = I$

  • La somma dei prodotti di ciascun termine di qualsiasi riga o colonna moltiplicata per il complesso coniugato dei termini corrispondenti di qualsiasi altra riga o colonna è zero. cioè

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

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

  • Se la distanza elettrica tra alcuni $k^{th}$ porto e il bivio è $\beta _kI_k$, quindi i coefficienti di $S_{ij}$ coinvolgente $k$, verrà moltiplicato per il fattore $e^{-j\beta kIk}$

Nei prossimi capitoli daremo uno sguardo ai diversi tipi di giunzioni a T per microonde.