HOME » Расчёт волноводного твиста: угол, длина, моды и S-параметры

Расчёт волноводного твиста: угол, длина, моды и S-параметры

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

  1. Построить геометрию с заданным законом поворота.
  2. Определить портовые моды и проверить сходимость расчёта.
  3. Выполнить частотный и допусковый анализ.
  4. Измерить образец с подходящей калибровкой и повторным соединением.
  5. Сопоставить фазу после согласования базисов и опорных плоскостей.
  6. 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.

latest news
Scroll to Top
Blank Form (#3)