Параметры волноводного скручивания рассчитывают от сечения, полосы, закона поворота, длины и допустимого преобразования мод. Геометрический угол и электрическая фаза передачи — разные величины. Формула θ = arctan(ΔL/πD) без определения геометрии не является общей формулой проектирования прямоугольного твиста.
Определить функцию и координаты
Фиксированный твист поворачивает прямоугольное сечение и связывает требуемые ориентации мод на двух концах. Он не предназначен автоматически для непрерывного механического вращения, как RF-вращающееся сочленение.
Задайте ось z, вид со стороны выбранного порта, начальную ориентацию, знак поворота и конечный угол. Это устраняет неоднозначность между поворотом по часовой стрелке при взгляде с разных концов.
Угол и градиент скручивания
Пусть φ(z) описывает поворот сечения. Тогда θ = φ(L)−φ(0), а локальный градиент q(z) = dφ/dz. Для равномерного поворота q = θ/L.
Например, 90° на длине 100 мм соответствуют 0,9°/мм, или примерно 15,71 рад/м. Это геометрический пример, не рекомендация по длине для любого WR.
Плавный закон φ(z) может уменьшить резкое изменение условий у концов, но не гарантирует нужную полосу сам по себе. Оптимизация длины, профиля и сопряжений требует электромагнитной оценки.
Отсечка и направляемая длина волны
Для прямой воздушной прямоугольной секции TE10 fc = c/(2a), β = (2π/λ0)√[1−(fc/f)²], а λg = 2π/β. Эти отношения дают исходный масштаб, но не полную модель скрученного участка.
Для WR-42 с a = 10,668 мм отсечка около 14,05 GHz. При 20 GHz λ0 ≈ 14,99 мм, а λg ≈ 21,06 мм. Обычный рабочий диапазон WR-42 — 18–26,5 GHz.
Одна и та же длина имеет разную электрическую фазу при разных частотах. Поворот сечения на 90° не означает фазовый сдвиг S21 ровно на 90°. В расчёте полной сборки учитывают изменённые поля и отражения.
Какие моды контролировать
Назначьте нужную входную и выходную моду в локальных координатах портов. Не путайте намеренный поворот ориентации с нежелательной кросс-поляризацией относительно заранее выбранного глобального базиса.
Неоднородность способна создавать другие поля и моды. Некоторые из них ниже отсечки и затухают у перехода; другие при подходящей частоте могут переносить мощность. Для оценки нужны модальные порты и соответствующие опорные плоскости.
Низкое S11 и хорошее S21 выбранной пары не доказывают произвольное значение «чистоты моды». Укажите, какие моды включены и как нормируется их мощность.
Материал и допуски
В модели задают проводимость, покрытие, поверхность и технологию соединения. Для пустого металлического волновода не вводят произвольный диэлектрический наполнитель только ради исправления вымышленного угла Брюстера.
Проверяйте чувствительность к углу, размерам сечения, длине, смещению и форме сопряжений. Допуск ±0,05 мм не является общим требованием ко всем частотам и деталям.
Температурное изменение рассматривают с учётом материалов, закрепления и градиентов. Равномерное расширение и перекос из-за разного расширения частей дают разные эффекты.
Перевести требования в измеримые показатели
| Показатель | Уточнение |
|---|---|
| Поворот | Угол, знак, базисы и плоскости. |
| Передача | Мода, полоса, потеря и фаза. |
| Отражение | Оба порта и вся полоса. |
| Другие моды | Набор мод и способ измерения. |
| Работа | Мощность, температура, давление и нагрузки. |
КСВН 1,2 соответствует |Γ| ≈ 0,0909, обратным потерям около 20,83 dB и отражённой мощности около 0,826%. S11 = −12 dB означает около 6,31% отражённой мощности, а не 25%.
Моделирование и проверка образца
- Построить геометрию с заданным законом поворота.
- Определить портовые моды и проверить сходимость расчёта.
- Выполнить частотный и допусковый анализ.
- Измерить образец с подходящей калибровкой и повторным соединением.
- Сопоставить фазу после согласования базисов и опорных плоскостей.
- Добавить необходимые температурные и мощностные испытания.
Нет общего требования выполнять TRL ровно три раза или наносить проводящую пасту на каждый фланец. Метод выбирают для интерфейса и неопределённости. Основы: распространение в волноводе, сечения и полосы и S-параметры.
