تردد قطع الدليل الموجي - Waveguide Cutoff Frequency

نتيجة للطريقة التي تعمل بها أدلة الموجات فإنّ كل أدلة الموجة لها تردد قطع، وتحت تردد القطع لا يستطيع الدليل الموجي دعم نقل الطاقة على طول طوله، أمّا عند اختيار الدليل الموجي فمن المهم مراعاة هذا التردد، خاصةً إذا كان من المحتمل حدوث أي تغييرات في النظام، وتُستخدم حافة أنبوب الدليل الموجي لتمكين ربط الدليل الموجي بأطوال أخرى من الدليل الموجي أو بالمعدات التي تستخدم واجهة الدليل الموجي.

ما هو تردد قطع الدليل الموجي – Waveguide Cutoff Frequency؟

تردد قطع الدليل الموجي (Cutoff Frequency): هي الإشارات التي تكون فوق تردد معين والتي لن تحملها الأدلة الموجية أو تنشرها، أمّا تحت تردد قطع الدليل الموجي فإنّه غير قادر على حمل الإشارات.

من أجل حمل الإشارات يجب أن يكون الدليل الموجي قادراً على نشر الإشارات وهذا يعتمد على الطول الموجي للإشارة، وإذا كان الطول الموجي طويلاً جداً فلن يعمل الدليل الموجي في وضع يمكنه من خلاله حمل الإشارة، كما يعتمد تردد القطع على أبعاده ممّا يعني أنّ أدلة الموجات تستخدم فقط لترددات الميكروويف، وعلى الرغم من أنّه من الممكن بناء أدلة موجية للترددات المنخفضة إلّا أنّ الحجم لن يجعلها قابلة للاحتواء ضمن الأبعاد العادية وستكون تكلفتها باهظة.

كدليل تقريبي للأبعاد المطلوبة لدليل الموجة، يجب أن يكون عرض الدليل الموجي بنفس ترتيب الحجم، مثل الطول الموجي للإشارة التي يتم حملها، ونتيجةً لذلك هناك عدد من الأحجام القياسية المستخدمة لأدلة الموجة، كما يمكن تصميم أشكال أخرى من الدليل الموجي خصيصاً للعمل على نطاق معين من الترددات.

على الرغم من أنّ الميكانيكا الدقيقة لتردد القطع الخاص بالدليل الموجي تختلف باختلاف ما إذا كان مستطيلاً أو دائرياً، فيمكن الحصول على تصور جيد من مثال الدليل الموجي المستطيل حيث يُعد بأنّه الشكل الأكثر استخداماً، كما يمكن أن تتقدم الإشارات على طول الدليل الموجي باستخدام عدد من الأوضاع، وإنّ الوضع السائد هو الذي يحتوي على أقل تردد قطع وبالنسبة إلى الدليل الموجي المستطيل هو وضع (TE10).

من الممكن أن يكون عدد من الأوضاع نشطة وهذا يمكن أن يسبب مشاكل ومشكلات كبيرة حيث تنتشر جميع الأوضاع بطرق مختلفة قليلاً، وبالتالي إذا كان هناك عدد من الأوضاع نشطة تحدث مشكلات في الإشارة، كما يجب تحديد أبعاد الدليل الموجي بحيث بالنسبة لإشارة دخل معينة يمكن فقط نقل طاقة الوضع السائد بواسطة الدليل الموجي، فعلى سبيل المثال بالنسبة لتردد معين قد يكون عرض الدليل المستطيل كبيراً جداً وقد يتسبب ذلك في انتشار وضع (TE20).

ونتيجةً لذلك، بالنسبة إلى أدلة الموجات المستطيلة ذات نسبة العرض إلى الارتفاع المنخفضة يكون وضع (TE20) هو الوضع التالي ذي الترتيب الأعلى ويرتبط بشكل متناسق بتردد القطع في وضع (TE10) وهذه العلاقة والتوهين وخصائص الانتشار التي تحدد مدى تردد التشغيل العادي للدليل الموجي المستطيل.

التغلب على تسرب حافة أنبوب الدليل الموجي – Waveguide Flanges:

أحد الجوانب المهمة لأي حافة من الدليل الموجي هو التسرب الذي يمكن أن يحدث في المفصل حيث ينتج هذا من حقيقة أنّه نظراً لأنّ المفصل يتكون من وصلة معدنية إلى معدنية وملامسة معدنية، فإنّ أي عيوب في سطح حافة أنبوب الدليل الموجي أو الأوساخ يمكن أن تؤدي إلى اتصال غير كامل، كما أنّه هناك طريقتان تم اعتمادهما للتغلب على هذا:

1. استخدام حلقة O:

تتضمن العديد من حواف الدليل الموجي قطعاً في أي من السطحين بحيث يمكن إضافة طوقاً.

2. استخدام حشية معدنية رفيعة:

هناك طريقة أخرى لتقليل التسرب وهي وضع حشوة معدنية رقيقة أو حشية بين السطحين، والمعدن المستخدم في هذا قابل للانضغاط بشكل طفيف ممّا يسمح بإزالة أي عيوب في السطح.

من الصعب للغاية قياس التسرب الفعلي من حافة الدليل الموجي، ولتحقيق مستوى من الاتساق عبر القياسات يجب اعتماد إجراء معياري مع معدات اختبار محددة وبيئة معينة، ومع ذلك فقد وجد أنّ القياسات العامة للحقول التي تم إجراؤها باستخدام المجسات تُظهر ذروة حادة حول حافة أنبوب الدليل الموجي الإتصال.

ربما تكون المستويات حول (-130 ديسيبل) ممّا يشير إلى مستوى منخفض من التسرب، وكما يجب أن تكون أسطح حواف الدليل الموجي نظيفة ويجب شد البراغي إلى مستوى عزم الدوران المطلوب، وكما تضمن حشيات (RF) الجيدة أيضاً الحفاظ على هذه المستويات أو تحسينها.

عوامل خسارة إدخال حواف أنبوب الدليل الموجي:

1. الخسارة الناتجة عن التسرب – Loss arising from leakage:

التسرب من خلال المفصل بين حافتين من حواف الدليل الموجي يكون عادةً صغيراً، ولكن في بعض الحالات قد يؤدي المفصل الضعيف إلى مستويات خسارة قابلة للقياس بسبب التسرب.

2. الخسارة الناتجة عن مقاومة المقاومات – Loss arising from flange resistance:

إذا لم يتم ربط حافتي الدليل الموجي معاً بإحكام كافٍ، فستكون هناك مقاومة بين الحواف، ونظراً لأنّ الدليل الموجي يعتمد على التوصيل في سطح الدليل الموجي لنقله، فإنّ المقاومة بين حافتي الدليل الموجي أمر بالغ الأهمية، بالإضافة إلى ذلك تُعتبر مقاومة سطح الدليل الموجي أمراً بالغ الأهمية بسبب تأثير الجلد الواضح جداً عند هذه الترددات، ووفقاً لذلك فإنّ مقاومة حواف الدليل الموجي مهمة بشكل خاص في المنطقة القريبة من التجويف.

مقاومة حواف الدليل الموجي وعزم دوران الترباس:

للتأكد من أنّ حواف الدليل الموجي لا تتسرب وتوفر أيضاً مستوى منخفض من الخسارة عبر الوصلة، يجب أن تكون القوة بين وجهي شفة الدليل الموجي المتجاورتين كافية لمنع التسرب، وهذا بدوره يعني أنّه يجب ربط البراغي بالمواصفات الموصى بها، كما أنّه يجب أن يكون هناك قوة (1000 رطل / بوصة) خطية من وصلة حواف الدليل الموجي لإعطاء ختم مرضٍ لتطبيقات الطاقة العالية.

أمّا بالنسبة لتطبيقات الطاقة المنخفضة سيوفر ذلك مستويات أقل من الفقد، كما يتم تشكيل حواف الدليل الموجي لتحمل عالي، وعلى هذا النحو فهي تؤدي أداءً جيداً وعلى الرغم من أنّها مكلفة إلّا أنّها تؤدي أداءً جيداً ممّا يتيح للنظام أن يتم ربطه ببعضه البعض من المكونات الفردية بسهولة نسبية.

عادةً ما تكون الخسائر منخفضة، ولكن يجب اتخاذ الاحتياطات عند استخدام حواف الدليل الموجي للتأكد من أنّ المفاصل جيدة الصنع، كما يجب أن تكون الأسطح نظيفة وخالية من الأكسيد والجزيئات الصغيرة حيث يجب استخدام الحشوات مع حواف الدليل الموجي إذا كان ذلك مناسباً.

أنواع وصلات الدليل الموجي – Waveguide Junction:

1. تقاطع T من النوع E:

يكتسب تقاطع الدليل الموجي من النوع (E) اسمه لأنّ الجزء العلوي من (T) يمتد من الدليل الموجي الرئيسي في نفس المستوى مثل المجال الكهربائي في الدليل الموجي، أمّا المجال الكهربائي عندما يقترب من تقاطع (T) نفسه تتشوه خطوط المجال الكهربائي وتنحني، وينقسمون بحيث تبقى النهاية الموجبة للخط مع الجانب العلوي للقسم الأيمن، ولكن تبقى النهاية السلبية لخطوط الحقل مع الجانب العلوي للقسم الأيسر، وبهذه الطريقة الإشارات التي تظهر في أي قسم من (T) خارج الطور.

2. تقاطع T من النوع H:

تقاطع الدليل الموجي من النوع (H) يكتسب اسمه لأنّ الجزء العلوي من (T) في التقاطع (T) موازي لمستوى المجال المغناطيسي وخطوط (H) في الدليل الموجي، كما يُسمى هذا النوع من تقاطع الدليل الموجي تقاطع (H) من النوع (T) لأنّ المحور الطويل للقمة الرئيسية للذراع (T) موازٍ لمستوى الخطوط المغناطيسية للقوة في الدليل الموجي، كما يتميز بحقيقة أنّ المخرجين من أعلى قسم (T) في الدليل الموجي في طور مع بعضهما البعض.

3. وصلة T السحري:

يُعتبر تقاطع الدليل الموجي (T) السحري مزيجاً فعالاً من تقاطعات الدليل الموجي من النوع (E) و النوع (H)، وكما يُعد (Magic-T) هو مزيج من تقاطعات (H-type) و(E-type T) أمّا التطبيق الأكثر شيوعاً لهذا النوع من الوصلات هو قسم الخلاط لمستقبلات رادار الميكروويف.

تتمثل إحدى عيوب وصلة الدليل الموجي (Magic-T) في أنّ الانعكاسات تنشأ من عدم تطابق الممانعة الذي يحدث بشكل طبيعي داخله، كما لا تؤدي هذه الانعكاسات إلى فقدان الطاقة فحسب ولكن عند نقاط ذروة الجهد يمكن أن تؤدي إلى الانحناء عند استخدامها مع أجهزة الإرسال عالية الطاقة.

يمكن تقليل الانعكاسات باستخدام تقنيات المطابقة، وعادةً ما يتم استخدام الدعامات أو المسامير اللولبية داخل منافذ المستوى (E) والمستوى (H) حيث تعمل هذه الحلول على تحسين تطابق الممانعة وبالتالي الانعكاسات، ولكن هناك مشكلة على قدرة معالجة الطاقة.

4. تقاطع الدليل الموجي الدائري الهجين:

هذا شكل آخر من أشكال تقاطع الدليل الموجي الذي يكون أكثر تعقيداً من تقاطع الدليل الموجي الأساسي من النوع (E) أو النوع (H) حيث يُستخدم على نطاق واسع داخل نظام الرادار كشكل من أشكال وحدة الإرسال على الوجهين.

يُعتبر تقاطع الدليل الموجي الحلقي الهجين تطوراً إضافياً للسحر (T)، وهو مبني من حلقة دائرية من الدليل الموجي المستطيل يشبه إلى حد ما الحلقة، ثم يتم ربط المنافذ بالحلقة عند النقاط المطلوبة حيث إذا دخلت الإشارة منفذاً واحداً فلن تظهر على الإطلاق في المنافذ الأخرى، ويكون الموصل قادر على توفير مستويات عالية من العزل على الرغم من أنّه يجب التحقق من القيم الدقيقة.