Waveguide Dijelaskan: Dasar, Modus, dan Aplikasi Praktis
Waveguide adalah saluran transmisi khusus yang terdiri dari tabung logam berongga. Dinding logam menyediakan induktansi terdistribusi, sementara celang udara internal menyediakan kapasitansi terdistribusi.
Waveguide menghantar energi mikrob dengan kerugian lebih rendah dibandingkan kabel koaksial.
Waveguide hanya praktis untuk sinyal pada frekuensi sangat tinggi, di mana panjang gelombang serupakah dengan penampang waveguide. Pada frekuensi lebih rendah, waveguide kehilangan efektivitas sebagai saluran transmisi.
Penggunaan Waveguide sebagai Saluran Transmisi
Ketika digunakan sebagai saluran transmisi, waveguide jauh lebih mudah diproduksi dan dirawat dibandingkan kabel dua konduktor, terutama koaksial.
Dengan hanya satu konduktor—cangkang waveguide—tidak perlu mengontrol jarak konduktor-ke-konduktor atau konsistensi dielektrik; satu-satunya dielektrik adalah udara.
Kelembaban kurang masalah dalam waveguide dibandingkan kabel koaksial, jadi waveguide seringkali tidak diisi gas.
Waveguide bertindak sebagai saluran untuk energi elektromagnetik, mengarahkan gelombang daripada menghantarnya dalam konvensi.
Semua saluran transmisi bertindak sebagai saluran energi, tetapi propagasi dalam waveguide satu konduktor berbeda secara mendasar dari saluran dua konduktor.
Apa Itu Propagasi Gelombang Transverse Electric and Magnetic (TEM)?
Semua gelombang elektromagnetik terdiri dari medan listrik dan magnetik yang menyebar bersama, tegak lurus satu sama lain. Dalam saluran transmisi standar, kedua medan adalah transverse terhadap arah perjalanan.
Mode transverse ini, disebut TEM (Transverse Electric and Magnetic), hanya ada dalam saluran dua konduktor dan mendominasi ketika penampang saluran kecil relatif terhadap panjang gelombang.
Propagasi saluran twin lead: mode TEM.
Pada frekuensi mikrob (100 MHz–300 GHz), saluran dua konduktor yang beroperasi dalam mode TEM menjadi tidak praktis pada panjang signifikan.
Saluran kecil enough untuk mempertahankan mode TEM pada frekuensi mikrob menderita rating tegangan rendah dan kerugian parasit tinggi karena efek kulit dan kehilangan dielektrik.
untungnya, pada panjang gelombang pendek ini mode propagasi alternatif tersedia yang lebih sedikit kehilangan ketika tabung konduktif digunakan alih-alih konduktor paralel. Itulah di mana waveguide menjadi menguntungkan. Ketika gelombang elektromagnetik melintasi tabung berongga, hanya salah satu medan—baik listrik maupun magnetik—yang tetap transverse terhadap arah propagasi. Medan lain berloop secara longitudinal tetapi tetap tegak lurus terhadap medan transverse. Medan yang tetap transverse menentukan apakah gelombang menyebar dalam mode TE (Transverse Electric) atau TM (Transverse Magnetic).
Waveguide (TE) transverse electric dan (TM) transverse magnetic modes.
Setiap waveguide mendukung beberapa variasi mode, tetapi diskusi komprehensif berada di luar cakupan artikel ini.
Bagaimana Sinyal Diperkenalkan ke Dalam dan Diekstrak dari Waveguide?
Sinyal biasanya dikopel ke dalam atau keluar dari waveguide menggunakan perangkat kecil seperti antena yang disisipkan ke dalam saluran. Coupler ini dapat berupa dipole—dua ujung terbuka dengan panjang yang sesuai—atau tunggal stub (half-dipole, mirip dengan antena whip, ¼ λ panjang fisik), atau loop pendek kawat yang berakhir di permukaan dalam saluran.
Stub dan loop coupling ke waveguide.
Dalam beberapa perangkat, seperti inductive output tubes (misalnya, klystron), sebuah kavitasi dari bahan konduktif menangkap energi elektromagnetik dari sinar elektron yang dimodulasi tanpa kontak langsung.
Klystron inductive output tube.
Apa Itu Cavity Resonator?
Seperti saluran transmisi, waveguide yang berujung mati dapat berezonansi pada frekuensi tertentu. Ketika digunakan sebagai alat tersebut, perangkat disebut cavity resonator.
Inductive output tubes menggunakan cavity resonator berbentuk toroid untuk memaksimalkan transfer daya antara sinar elektron dan output waveguide.
Frekuensi resonansi sebuah kavitasi dapat diatur dengan menyesuaikan dimensi fisiknya. Produsen menggabungkan pelat bergerak, baut, dan elemen mekanis lainnya untuk penyetelan frekuensi kasar.
Jika cavity resonator terbuka di satu ujung, ia berfungsi sebagai antena unidirectional.
Foto berikut menunjukkan waveguide buatan sendiri yang terbuat dari kaleng sarden, digunakan sebagai antena untuk sinyal Wi-Fi 2,4 GHz (802.11b).
Elemen coupling adalah quarter-wave stub: kawat tembagu padat sekitar 1-1/4 inci panjang yang melengkung dari tengah konektor koaksial ke dalam kaleng.
Can-tenna illustrates stub coupling to waveguide.
Kaleng sarden lainnya di latar belakang termasuk kaleng chip gaya Pringles, yang, meskipun terbuat dari kardus, memiliki lapisan logam di dalam yang menyediakan konduktivitas yang diperlukan.
Beberapa kaleng masih memiliki tutup plastik. Meskipun plastik non-konduktif dan tidak mengganggu sinyal RF, ia berfungsi sebagai penghalang fisik untuk melindungi saluran dari cuaca dan puing-puing.
Antena waveguide nyata menggunakan penghalang serupa untuk melingkari tabung sambil memungkinkan energi elektromagnetik melewati tanpa hambatan.
REVIEW:
- Waveguide adalah tabung logam yang bertindak sebagai saluran untuk gelombang elektromagnetik, cocok hanya untuk sinyal di mana panjang gelombang cocok dengan penampang saluran.
- Propagasi gelombang dalam waveguide terbagi menjadi mode TE (Transverse Electric) atau TM (Transverse Magnetic), ditentukan oleh bidang mana yang transverse terhadap arah perjalanan. Mode TEM (Transverse Electric and Magnetic) hanya ada dalam saluran dua konduktor dan tidak dapat ditahan dalam waveguide.
- Waveguide yang berujung mati yang berfungsi sebagai elemen resonansi disebut cavity resonator.
- Cavity resonator yang terbuka di satu ujung beroperasi sebagai antena unidirectional, memancarkan atau menerima energi RF dari sisi terbuka.
