Dalga Kılavuzları ve İletim Hatları

Dalga kılavuzu, içi boş bir metal borudan oluşan özel bir iletim hattıdır. Elektromanyetik enerjiyi taşımada en etkin yollardan birisi olan dalga kılavuzlarının, koaksiyonel kablolara göre birçok üstünlüğü bulunmaktadır. Bu yazımızda dalga kılavuzlarını,çeşitlerini, avantaj ve dezavantajlarını ayıntılı olarak inceledik.

A- A+

25.06.2018 tarihli yazı 23297 kez okunmuştur.

Dalga kılavuzları, sadece dalga boyunun dalga kılavuzunun kesitsel boyutlarına yaklaştığı; son derece yüksek frekanslı sinyaller için kullanışlı bir iletim hattıdır. Dalga kılavuzları, elektromanyetik enerji için kullanılan borular olarak düşünülebilir. Tüm iletim hatları, darbeleri veya yüksek frekanslı dalgaları bir yerden başka bir yere nakleder. Dalga kılavuzları tek iletken elemanlar olduğu için, elektrik enerjisinin bir dalga kılavuzundan aşağı doğru yayılması, elektrik iletiminin iki iletkenli bir iletim hattı boyunca yayılmasından çok farklı bir yapıya sahiptir.

Dalga kılavuzları iletim hatları olarak işlev görürken, imalat ve bakımlarında iki iletkenli kablolardan (özellikle koaksiyel kablolardan) oldukça daha kullanışlıdır. Ayrıca nem, dalga kılavuzlarında; koaksiyonel kablolarda olduğu kadar ciddi bir sorun değildir. Bu nedenle dalga kılavuzları genellikle gaz dolum ihtiyacını ortadan kaldırır. Ancak dalga kılavuzları 1 GHZ frekansının altında, dalga kılavuzları elektrik iletim hatları olarak kullanılamazlar.

Bir iletken kılavuzundaki tek dielektrik hava olduğu için, iletkenin uygunluğu veya dielektrik malzemenin tutarlılığı ile ilgili hiçbir endişe duyulmasına gerek yoktur.

TEM Modu

Tüm elektromanyetik dalgalar , aynı yöne doğru ilerleyen, fakat birbirine dik olan elektrik ve manyetik alanlardan oluşur . Normal bir iletim hattının uzunluğu boyunca, hem elektrik hem de manyetik alanlar, dalga hareketinin yönüne diktir.İletim yönünde ala bileşeni bulunmayan konuma, asal mod veya TEM ( Transverse Electric ve Magnetic ) mod denir . Bu dalga yayılımı modu, sadece iki iletkenin bulunduğu yerde mevcut olabilir. İletim hattının kesit boyutlarının, sinyalin dalga boyuna göre küçük olduğu baskın yayılma tipidir.

Mikrodalga sinyalleri için TEM modu, sinyal yayılımını sürdürmek için kesitsel boyutta yeterince küçük çizgiler, düşük voltaj derecelerine sahip olma eğilimindedir. İletken cilt ve dielektrik etkilere bağlı olarak büyük ve parazit güç kayıplarına mağruz kalır. Neyse ki, bu kısa dalga boylarında, iki paralel iletken yerine iletken bir tüp kullanıldığında kayıp olayının gerçekleşmediği diğer yayılma modları vardır. Böylece dalga kılavuzları daha pratik hale gelmiş olur.

TE ve TM Modu

Elektriksel alanın, iletim yönüne dik olduğu hale TE (Transverse Electric) modu denir. Bu hale, boyuna elektriksel alan biçimi de denebilir.Diğer bir deyimle TE biçimi dalgalarda, iletim yönünde elektriksel alan çizgilerinin hiçbir izdüşümü yoktur.İkinci tip dalga şeklinde ise, görüldüğü gibi manyetik alan çizgileri hareket yönüne diktir. Bunlara da boyuna manyetik alan biçimli dalgalar veya TM (Transverse Mangnetic) biçimi denir.

►İlginizi Çekebilir: Terahertz Dalgaları Nedir?

TE veya TM biçimi dalgalarda, belirli bir şekli tarif etmek için, elektriksel alanın değişimini belirten iki alt rakam kullanılır. Bunlardan birincisi, elektriksel alanın geniş kenardaki yarım dalga değişimlerini; ikincisi ise yine elektriksel alanın dar kenardaki dalga değişim sayısını göstermektedir. TM ve TE modlarının her ikisi de karakteristik kesim frekanslarına sahiptir. Bu dalga kılavuzlarında özel bir mod için kesim frekansının altındaki frekanslarda dalga propagasyonu olmaz. Bu modda güç ve sinyal iletimi sadece kesim frekansının üstündeki frekanslarda mümkündür. Bu sebeple TM ve TE modunda çalışan iletim boruları yüksek geçiren filtre gibi davranır.

Dalga kılavuzları dikdörtgen kesitli iletim boruları ve dairesel-silindirik iletim boruları olarak ikiye ayrılır. Dairesel kesitli iletim boruları, elektromanyetik alanlar ve yayılım karakteristikleri dairesel silindririk koordinatlar sistemindeki Maxwell denklemlerinin bir sonucu olarak Bessel fonksiyon ve sıfırları ile bağlantılıdır. Her hangi bir şekildeki dalga kılavuzları, elektromanyetik dalgaları iletilebilir. Fakat düzensiz şekildeki dalga kılavuzlarının incelenmesi çok zordur ve bu yüzden de çok seyrek kullanılırlar. Dairesel kesitli dalga kılavuzları ,dikdörtgen kesitliden sonra en fazla kullanılan ikinci tip kılavuz şeklidir. Dairesel dalga kılavuzlarında, TE ve TM biçimi tarifleri dikdörtgen kılavuzunda olduğu gibidir.

İletim hatları, bir devrede rezonant elemanlar olarak işlev görebildikleri gibi, özellikle kısa devre veya açık devre ile sonlandırıldığında, ölü uçlu bir dalga kılavuzu da belirli frekanslarda yankılayabilir. Bu şekilde kullanıldığında, cihaz bir kavite rezonatörü olarak adlandırılırlar. İndüktif çıkış tüpleri, elektron ışını ve çıkış kablosu arasındaki güç aktarım verimliliğini en üst düzeye çıkarmak için toroid biçimli kavite rezonatörlerini kullanır.

Bir kavitenin rezonans frekansı, fiziksel boyutlarını değiştirerek değiştirilebilir. Bu amaçla, hareketli plakalar, vidalar ve ayarlama için diğer mekanik elemanlar içeren kaviteler, kaba rezonans frekans ayarlaması sağlamak için üretilir. Bir ucunda rezonans kavitesi açık ise, tek yönlü anten olarak da işlev görebilir.

Kaynak:
►allaboutcircuits