Ingeniería de microondas: dispositivos de microondas

Al igual que otros sistemas, los sistemas de microondas constan de muchos componentes de microondas, principalmente con la fuente en un extremo y la carga en el otro, todos conectados con guías de ondas o cables coaxiales o sistemas de líneas de transmisión.

A continuación se muestran las propiedades de las guías de ondas.

  • SNR alto
  • Baja atenuación
  • Menor pérdida de inserción

Funciones de microondas de guía de ondas

Considere una guía de ondas con 4 puertos. Si la energía se aplica a un puerto, pasa a través de los 3 puertos en algunas proporciones donde una parte puede reflejarse desde el mismo puerto. Este concepto se describe claramente en la siguiente figura.

Parámetros de dispersión

Para una red de dos puertos, como se muestra en la siguiente figura, si la energía se aplica en un puerto, como acabamos de discutir, la mayor parte de la energía se escapa del otro puerto, mientras que parte de ella se refleja en el mismo puerto. En la siguiente figura, siV1 o V2 se aplica, entonces I1 o I2 la corriente fluye respectivamente.

Si la fuente se aplica al puerto opuesto, se deben considerar otras dos combinaciones. Por lo tanto, para una red de dos puertos, es probable que se produzcan combinaciones de 2 × 2 = 4.

Las ondas viajeras con potencias asociadas cuando se dispersan a través de los puertos, la unión de microondas se puede definir mediante S-Parameters o Scattering Parameters, que se representan en forma de matriz, denominada "Scattering Matrix".

Matriz de dispersión

Es una matriz cuadrada que proporciona todas las combinaciones de relaciones de potencia entre los distintos puertos de entrada y salida de una unión de microondas. Los elementos de esta matriz se llaman"Scattering Coefficients" o "Scattering (S) Parameters".

Considere la siguiente figura.

Aquí, la fuente está conectada a través de $ i ^ {th} $ línea mientras que $ a_1 $ es la onda incidente y $ b_1 $ es la onda reflejada.

Si se da una relación entre $ b_1 $ y $ a_1 $,

$$ b_1 = (coeficiente \: \: reflejo) a_1 = S_ {1i} a_1 $$

Dónde

  • $ S_ {1i} $ = Coeficiente de reflexión de $ 1 ^ {st} $ línea (donde $ i $ es el puerto de entrada y $ 1 $ es el puerto de salida)

  • $ 1 $ = Reflexión de $ 1 ^ {st} $ línea

  • $ i $ = Fuente conectada en $ i ^ {th} $ línea

Si la impedancia coincide, la potencia se transfiere a la carga. Es poco probable, si la impedancia de carga no coincide con la impedancia característica. Entonces, ocurre el reflejo. Eso significa que la reflexión ocurre si

$$ Z_l \ neq Z_o $$

Sin embargo, si esta discrepancia existe para más de un puerto, por ejemplo $ 'n' $ ports, entonces $ i = 1 $ a $ n $ (ya que $ i $ puede ser cualquier línea desde $ 1 $ a $ n $).

Por lo tanto, tenemos

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

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

$$. $$

$$. $$

$$. $$

$$. $$

$$. $$

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

Cuando todo esto se mantiene en forma de matriz,

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

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

La columna matriz $ \ left [b \ right] $ corresponde a las ondas reflejadas o la salida, mientras que la matriz $ \ left [a \ right] $ corresponde a las ondas incidentes o la entrada. La matriz de la columna de dispersión $ \ left [s \ right] $ que es del orden de $ n \ times n $ contiene los coeficientes de reflexión y de transmisión. Por lo tanto,

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

Propiedades de la matriz [S]

La matriz de dispersión se indica como matriz $ [S] $. Hay pocas propiedades estándar para la matriz $ [S] $. Ellos son -

  • $ [S] $ es siempre una matriz cuadrada de orden (nxn)

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

  • $ [S] $ es una matriz simétrica

    es decir, $ S_ {ij} = S_ {ji} $

  • $ [S] $ es una matriz unitaria

    es decir, $ [S] [S] ^ * = I $

  • La suma de los productos de cada término de cualquier fila o columna multiplicada por el complejo conjugado de los términos correspondientes de cualquier otra fila o columna es cero. es decir,

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

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

  • Si la distancia eléctrica entre algún $ k ^ {th} $ puerto y la unión es $ \ beta _kI_k $, entonces los coeficientes de $ S_ {ij} $ que involucran a $ k $, se multiplicarán por el factor $ e ^ {- j \ beta kIk} $

En los próximos capítulos, veremos los diferentes tipos de uniones en T para microondas.