Aaltoputki

Yleistä

Sähkömagneettista tehoa voidaan siirtää ontossa johdeputkessa. Kun sähkömagneettista kenttää rajoitetaan tällä tavalla, sen etenemistavat poikkeavat vapaan avaruuden tilanteesta. Johtavat seinämät sallivat sähkömagneettisen kentän olemassaolon vain kun johteen pintaa pitkin ei ole sähkökenttää. Aaltoputken ominaisuudet riippuvat täten sen muodosta ja koosta. Erilaiset epäjatkuvuudet aaltoputkessa muuttavat sen siirtolinjaominaisuuksia ja näitä ominaisuuksia voidaan käyttää tuottamaan induktiivista- tai kapasitiivista reaktanssia.

Aaltoputken tärkein ominaisuus on sen erinomaisen pieni häivöisyys energian siirrossa. Toinen on sen korkea energiansiirtokyky (X-bandin tutkassa - n. 10 GHz - ilmatäytteinen aaltoputki ei koe sähkökentän koronaläpilyöntiä vielä noin 2.3 MW teholla - ideaalisessa tilanteessa: SWR 1:1, jne.)

Käytännössä kaikilla aaltoputkilla on alarajataajuus, jota isommat aallonpituudet eivät onnistuneesti etene putkessa. Pienemmät etenevät, kuten esim. valon kulku putken läpi selvästi osoittaa (valokin on sähkömagneettista säteilyä.) Alin taajuus joka putkessa etenee riippuu putken mitoista, mutta peukalosääntönä voidaan pitää, että putken läpimitta tai isomman sivun pituus on noin puoli aallonpituutta.

Varsinaisesti ei ole olemassa rajaa sille, kuinka alhaisella taajuudella aaltoputkia (parijohtojen ja koaksiaalien sijasta) voidaan käyttää, mutta käytännöllisistä syistä niitä ei käytetä noin yhden gigahertsin alapuolella. (Esim. 50 MHz:lla aaltoputken poikkileikkaus olisi 3.0 x 1.5 metriä.) (DESY-kiihdyttimellä VHF-taajuisten isojen klystronien tehoa yhdistellään Taika-T rakenteilla, joka on ainoa pätevä tekniikka monien megawattien tehotasoilla, kun systeemin mekaaniset mitat eivät ole mikään ongelma.)

Maan kuoren ja ionosfäärin väliin jäävä alue käyttäytyy aaltoputken tavoin äärimmäisen alhaisilla radiotaajuuksilla (n. 100-10000 Hz)

Aaltoputken sisällä ei varsinaisesti voida puhua jännitteestä ja virrasta, niiden tilalla havaitaan jaksollisesti muuttuvat sähkö- ja magneettikentät, jotka ovat sekä ajan että paikan funktioita. Käytännössä mitattavat ominaisuudet ovatkin aina impedanssi ja teho.

Normaalikäytössä käytetään aaltoputkia, jotka ovat lähellä taajuusalueensa alarajaa, tyypillisesti 1.25 - 1.9 kertaa alarajataajuus. Tämän rajan yllä esiintyy aaltoputkessa mutkikkaampia sähkö- ja magneettikentän yhdistelmiä, joiden kesken on vaikea ennustaa energiajakaumaa.

Korkeilla taajuuksilla ja suurilla energioilla (300 GHz ja 100 MW, kuten fuusioreaktorin plasman RF kuumentimissa) on kuitenkin tavallista käyttää jotain TM-63-32 -moodeja, mutta tekniikka on hankalaa ja onnistuu lähinnä laboratorio-olosuhteissa.

Vakavin ongelma on, että näiden muiden yhdistelmien tehollinen aallonpituus ja etenemisnopeus poikkeaa kaikista muista ja niinpä jos energiaa johdetaan aaltoputkeen useammalla moodilla yhtä aikaa, kaikki ei saapuisi perille samanaikaisesti joka näkyy mm. pulssin ajallisena pitenemisenä ja VSWR:änä.

Teoriaa

Lue tämä ilman pelkoa - yhtälöt ovat yksinkertaisia ja soveltuvat melkein suoraan ohjelmoijalle joka haluaa tehdä laskentakoodia. Näiden johto esitetään aaltoputkien teoria artikkelissa.

Sähkömagneettisen kentän laittaminen johtavien seinämien sisään muuttaa mm. sen aallonpituutta kasvattaen sitä suhteessa johdekammion (putken) mittojen mukaan.

Kaikille aaltoputkimuodoille voidaan sanoa, että:

$\lambda _{g}={\frac {\lambda }{\sqrt {1-\left(\lambda /\lambda _{c}\right)^{2}}}}\,$

missä:

• $\lambda _{g}\,$ aaltoputkimoodin mukainen tehollinen aallonpituus
• $\lambda _{c}\,$ on aaltoputken alarajataajuuden mukainen aallonpituus, tarkemmin alempana
• $\lambda \,$ on aallonpituus putkea täyttävässä eristeessä

Koskapa $\lambda \,$ on yhtälössä sekä yllä, että alla, sen skaalaaminen eristeaineen nopeuskertoimella ei vaikuta $\lambda _{g}\,$:n arvoon, eli sillä ei ole väliä, onko putki täynnä tyhjöä, ilmaa, vai aluminahiekkaa (tarkemmin alempana.)

Sähkö- ja magneettikenttien kuviot ovat erilaisia eri moodeissa ja niille onkin kehitetty vakio nimistö sen mukaan, onko sähkökenttä (E) vai magneettikenttä (M) nolla etenemissuuntaan (putken pituusakseli) (T = Transversal = poikittainen) josta saadaan kolme yhdistelmää: TE, TM, TEM. Aaltoputkissa vain TE ja TM ovat mahdollisia, TEM-muoto tapahtuu koaksiaalissa ja parijohdossa. Näihin lisätään suffiksit, jotka kertovat että montako kertaa kyseinen kenttä muuttuu annetulla akselilla. Merkintätapa on, että ensimmäinen numero (m) on suorakaideputken pidemmän sivun (a) suuntaan olevien puoliaaltojen määrän ja toinen (n) on lyhyemmän sivun (b).

Koskapa signaalin voidaan ajatella heijastelevan putken reunojen välillä edestakaisin, pidemmät aallonpituudet kulkevat "suorempaa" reittiä, kuin lyhyemmät aallonpituudet. Siten aaltoputki on dispersiivinen, eli eri taajuudet (aallonpituudet) kulkevat siinä hiukan erilaisilla nopeuksilla.

Jos dispersiivisyydestä on erityistä haittaa, sitä on mahdollista korjata käänteisesti toimivalla ryhmäkulkuaikakorjaimella (tällaisia käytetään erityisesti valokuitutekniikoissa, joissa useamman gigahertsin nopeudella välkkyvän valon spektri kokee saman kulkuaikadispersion, joka puolestaan haittaa bitin saantia ehjänä perille kymmenien tai satojen kilometrien päähän.)

Pyörittelemällä Maxwellin yhtälöitä ja kieltämällä tapaus: $m=n=0$ saadaan:

TE-aaltoputkimoodit suorakaideputkelle

Apumuuttuja:

$v_{p}={\frac {1}{\sqrt {\mu \epsilon }}}={\frac {c}{\sqrt {\mu _{r}\epsilon _{r}}}}$

on signaalin vaihenopeus putken sisäisessä eristeaineessa, ilmalle/tyhjölle se on valonnopeus.

Cutoff wave number:

$k_{c}={\sqrt {\left({\frac {m\pi }{a}}\right)^{2}+\left({\frac {n\pi }{b}}\right)^{2}}}=\omega _{c}{\sqrt {\mu \epsilon }}={\frac {\omega _{c}}{v_{p}}}$

$\,\,={\frac {2\pi f_{c}{\sqrt {\mu _{r}\epsilon _{r}}}}{c}}$

jossa a ja b on metreinä.

Alarajataajuus on:

$f_{c}={\frac {1}{2{\sqrt {\mu \epsilon }}}}{\sqrt {{\frac {m^{2}}{a^{2}}}+{\frac {n^{2}}{b^{2}}}}}={\frac {1}{2}}v_{p}{\sqrt {{\frac {m^{2}}{a^{2}}}+{\frac {n^{2}}{b^{2}}}}}$

jota vastaava aallonpituus:

$\lambda _{c}={\frac {2}{\sqrt {\left({\frac {m}{a}}\right)^{2}+\left({\frac {n}{b}}\right)^{2}}}}$

Huomio: Tämä ei riipu putken täyteaineen ominaisuuksista!

Etenemisvakio (tai tässä vaihevakio):

$\beta _{g}=\omega {\sqrt {\mu \epsilon }}{\sqrt {1-\left({\frac {f_{c}}{f}}\right)^{2}}}$

Vaihenopeus:

$v_{g}={\frac {\omega }{\beta _{g}}}={\frac {v_{p}}{\sqrt {1-\left(f_{c}/f\right)^{2}}}}$

Ominaisaaltoimpedanssi TE-moodeille voidaan lausua:

$Z_{g}={\frac {E_{x}}{H_{y}}}=-{\frac {E_{y}}{H_{x}}}={\frac {\omega \mu }{\beta _{g}}}={\frac {\eta }{\sqrt {1-\left(f_{c}/f\right)^{2}}}}$

missä: $\eta ={\sqrt {\mu /\epsilon }}$ on eristeen ominaisimpedanssi.

Aaltoputken aallonpituus on:

$\lambda _{g}={\frac {\lambda }{\sqrt {1-\left(f_{c}/f\right)^{2}}}}$

missä: $\lambda =v_{p}/f\,$ on aallonpituus putken sisäeristeessä.

TM-aaltoputkimoodit suorakaideputkelle

Alarajataajuus $f_{c}$ on kuten TE-moodilla.

Etenemisvakio $\beta _{g}\,$ on kuten TE-moodilla.

Vaihenopeus $v_{g}\,$ on kuten TE-moodilla.

Ominaisaaltoimpedanssi TM-moodeille voidaan lausua:

$Z_{g}={\frac {\beta _{g}}{\omega \epsilon }}=\eta {\sqrt {1-\left(f_{c}/f\right)^{2}}}$

missä: $\eta ={\sqrt {\mu /\epsilon }}$ on eristeen ominaisimpedanssi kuten TE-moodilla.

Aaltoputken aallonpituus $\lambda _{g}\,$ on kuten TE-moodilla.

TE-aaltoputkimoodit pyöreälle putkelle

Vaihenopeus putken sisällä olevassa eristeaineessa:

$v_{p}={\frac {1}{\sqrt {\mu \epsilon }}}={\frac {c}{\sqrt {\mu _{r}\epsilon _{r}}}}$

joka ilmalle/tyhjölle on käytännössä valonnopeus.

Etenemismoodit ovat besselin funktion $J_{n}^{\prime }(k_{c}r)=0\,$ juuria (joka on siis besselin funktion derivaatta ja edustaa perättäisiä maksimeja ja minimejä). Merkintä $X_{np}^{\prime }\,$ tarkoittaa $J_{n}$ funktion derivaatan p:nnettä nollakohtaa ja ollaan kiinnostuneet parametrin $k_{c}r$ numeerisesta arvosta siinä nollakohdassa.

p:nnes nolla $J_{n}^{\prime }\left(k_{c}a\right)\,$ TE_np moodeille

p	n=	0	1	2	3	4	5
1		3.832	1.841	3.054	4.201	5.317	6.416
2		7.016	5.331	6.706	8.015	9.282	10.520
3		10.173	8.536	9.969	11.346	12.682	13.987
4		13.324	11.706	13.190

Koska pienin arvo on moodilla TE₁₁, se on pyöreän aaltoputken dominoiva TE-moodi. Kuten myöhemmin näemme, TM-moodien pienin indeksi on tätä suurempi ja siksi tämä TE-moodi on myös pyöreän aaltoputken dominoiva moodi.

Cutoff wave number:

$k_{c}={\frac {X_{np}^{\prime }}{r}}=\omega _{c}{\sqrt {\mu \epsilon }}={\frac {\omega _{c}}{v_{p}}}$

Etenemisvakio on muotoa:

$\beta _{g}={\sqrt {\omega ^{2}\mu \epsilon -\left({\frac {X_{np}^{\prime }}{r}}\right)^{2}}}$

Alarajataajuus:

$f_{c}={\frac {X_{np}^{\prime }}{2\pi r{\sqrt {\mu \epsilon }}}}={\frac {X_{np}^{\prime }v_{p}}{2\pi r}}$

sitä vastaava aallonpituus:

$\lambda _{c}={\frac {2\pi r}{X_{np}^{\prime }}}$

Huomio: Tämä ei riipu putken täyteaineen ominaisuuksista!

TE-moodin vaihenopeus:

$v_{g}={\frac {\omega }{\beta _{g}}}={\frac {v_{p}}{\sqrt {1-\left(f_{c}/f\right)^{2}}}}$

Aallonpituus:

$\lambda _{g}={\frac {\lambda }{\sqrt {1-\left(f_{c}/f\right)^{2}}}}$

jossa $\lambda ={\frac {v_{p}}{f}}$ on aallonpituus täytteenä olevassa eristeaineessa.

Aaltoimpedanssi:

$Z_{g}={\frac {\omega \mu }{\beta _{g}}}={\frac {\eta }{\sqrt {1-\left(f_{c}/f\right)^{2}}}}$

missä $\eta ={\sqrt {\mu /\epsilon }}$ on eristeaineen ominaisimpedanssi.

TM-aaltoputkimoodi pyöreälle putkelle

Vaihenopeus putken sisällä olevassa eristeaineessa:

$v_{p}={\frac {1}{\sqrt {\mu \epsilon }}}={\frac {c}{\sqrt {\mu _{r}\epsilon _{r}}}}$

joka ilmalle/tyhjölle on käytännössä valonnopeus.

Etenemismoodit ovat besselin funktion $J_{n}(k_{c}r)=0\,$ juuria ja merkintä $X_{np}$ tarkoittaa $J_{n}$ funktio p:nnettä juurta ja ollaan kiinnostuneita nimenomaan parameterin $k_{c}r$ (tulon) arvosta siinä kohdassa.

Koskapa $J_{n}\left(k_{c}r\right)\,$ on oskilloivien funktioiden joukko, sille on olemassa ääretön määrä ratkaisuja (juuria). Muutamia alkupään juuria tarjotaan oheisessa taulukossa:

p:nnes nolla $J_{n}\left(k_{c}a\right)\,$ TM_np moodeille

p	n=	0	1	2	3	4	5
1		2.405	3.832	5.136	6.380	7.588	8.771
2		5.520	7.106	8.417	9.761	11.065	12.339
3		8.645	10.173	11.620	13.015	14.372
4		11.792	13.324	14.796

Näistä arvoista pienin on moodilla, TM₀₁ joka on siten TM-moodeista dominoiva, mutta on silti isompi, kuin TE-moodin pienin ja siten ei ole aaltoputken dominoiva moodi.

Cutoff wave number:

$k_{c}={\frac {X_{np}}{r}}=\omega _{c}{\sqrt {\mu \epsilon }}={\frac {\omega _{c}}{v_{p}}}$

Etenemisvakio on muotoa:

$\beta _{g}={\sqrt {\omega ^{2}\mu \epsilon -\left({\frac {X_{np}}{r}}\right)^{2}}}$

Alarajataajuus:

$f_{c}={\frac {X_{np}}{2\pi r{\sqrt {\mu \epsilon }}}}={\frac {X_{np}v_{p}}{2\pi r}}$

sitä vastaava aallonpituus:

$\lambda _{c}={\frac {2\pi r}{X_{np}}}$

Huomio: Tämä ei riipu putken täyteaineen ominaisuuksista!

TM-moodin vaihenopeus $v_{g}\,$ on sama yhtälö, kuin TE-moodilla.

Aallonpituus $\lambda _{g}\,$ on sama yhtälö, kuin TE-moodilla.

Aaltoimpedanssi $Z_{g}$ on sama yhtälö, kuin TE-moodilla.

Tyypit

Suorakaideputki (rectangular waveguide)

Suorakaideputkessa sähkökenttä on poikittain putkessa sen pidempien sivujen välillä. Sähkökentän voimakkuus putoaa reunoilla (lyhyet sivut) nollaan ja on keskellä maksimi. Jakaumakuvio on sinikäyrä. Magneettikenttä koostuu silmukoista jotka ovat samansuuntaisia pitkien sivujen kanssa.

Ilma-/tyhjötäytteiselle suorakaiteen muotoiselle aaltoputkelle tehollinen aallonpituus on:

$\lambda _{g}={\frac {\lambda }{\sqrt {1-\left(\lambda /2a\right)^{2}}}}\,$

missä:

• $\lambda \,$ on aallonpituus tyhjössä
• a on isompi sisämitoista ("pitkän sivun" mitta)

Suorakaideputkella signaalin polarisaatio on samansuuntainen sähkökentän kanssa, eli se on samansuuntainen lyhyiden sivujen kanssa.

Tällaisen putken käyttökelpoinen ylätaajuus on tyypillisesti (korkeampien etenemismoodien välttötarpeesta johtuen) noin 1.4 kertaa alarajataajuus.

Pyöreä putki (circular/round waveguide)

Pyöreässä aaltoputkessa voidaan kuljettaa energiaa, mutta se ei pakota signaalille mitään polarisaatiota. Tästä voi toisaalta olla etuakin, kun halutaan tuottaa/kuljettaa pyörivää polarisaatiota.

Pyöreän aaltoputken ensisijainen etenemismoodi on ns. TE-11 ja sen raja-aallonpituus voidaan määrittää olevan:

$\lambda _{c}=J_{n}^{\prime }(k_{c},r)=3.412\ r\,$

missä:

• r on putken sisäsäde.

Pyöreän aaltoputken aallonpituus voidaan näin lausua olevan:

$\lambda _{g}={\frac {\lambda }{\sqrt {1-\left(\lambda /3.412\ r\right)^{2}}}}\,$

Seuraava mutkikkaampi etenemismoodi on TM-01, jolle $\lambda _{c}=2.613\ r\,$. Tämä vastaa taajuutta, joka on vain noin 1.3 kertainen TE-11 alarajataajuuteen, joten pyöreä putki toimii havaittavasti kapeammalla taajuusalueella, kuin suorakaideputki.

Harjanneputki (ridged waveguide)

Tekemällä suorakaideputken pitkän sivun keskelle pitkittäinen harjanne (joko vain toiseen sivuun, tai molempiin), saadaan tehtyä putki, jossa käyttökelpoinen taajuusalue on huomattavasti laajempi, kuin tavallisessa putkessa. Tämä seuraa keskiharjanteen olemassaolon haitasta ylemmille etenemismuodoille.

Tyypillisesti käyttökelpoinen ylätaajuus voi olla 2.0-2.5 kertainen alarajaan nähden.

Koska harjanneputkessa sähkökenttä on harjanteiden välillä lyhimmillään, myös läpilyönti voi tapahtua pienemmällä jännitteellä kuin harjanteettomassa tavallisessa suorakaideputkessa. Näin harjanneputken maksimi tehokesto on pienempi, kuin suorakaideputkella.

Taipuisat aaltoputket (flexible waveguides)

//Erilaiset tavat tehdä fleksejä//

Tässä tavoitellaan aaltoputken taivutusta (ks. alempaa) siten, ettei sitä tarvitse tehdä putkiverstaalla, vaan sen voi asentaja tehdä kokoonpanossa.

Tavallisesti taivutettavat aaltoputket ovat ohutta metallia, jonka pinta on lyhytjaksoisella "laineella" siten, että sen muodostama "pinta" on joustava.

Tavallisesti myös fleksien päälle laitetaan kumikuori jonka tehtävänä on tukea fleksiä.

Vaikkakin rakenne on taipuisa, se ei kestä loputtomiin vääntelyä.

Aaltoputkikomponetteja

Aaltoputken taivutus

Yksinkertaisin tapa tehdä aaltoputken taivutus on vääntää se putkiseppien keinoilla useamman aallonpituuden säteiselle mutkalle.

Pienempikokoisiakin mutkia voidaan tehdä ja niitä saa ostaa kaupasta.

E- ja H-kentän käännökset (bends)

Näissä on tavallisesti 90 asteen kulmamuutos joka on toteutettu laittamalla "ulkokurviin" täyte siten, että radioteho heijastuu siitä uuteen suuntaansa.

 TODO: Kuvat E ja H käännöksistä

    /--------
   /
  /
 /   --------
 |   |
 |   |

E-kentän käännöksessä sähkökenttä vaihtaa kulkutasoaan, H-kentän käännöksessä magneettikenttä.

Pituuskierre (twists)

Suorakaideaaltoputkea voidaan kiertää myös pituussuuntaan, kunhan kierros tehdään sopivan hitaasti.

Koaksiaali-aaltoputki muunnokset

Tavallisin tapa tehdä muunnos siirtojohdosta (koaksiaali tai stripline) aaltoputkeen on tehdä 1/4-aallonpituuden mittainen probe ("antenni") poikittain aaltoputken akselin suuntaan nähden ja sijoittaa se 1/4-aallonpituuden päähän aaltoputken kohtisuoraan päättävästä seinästä. (huom! tämä on aaltoputken $\lambda _{g}\,$, ei radiosignaalin aallonpituus tyhjössä!)

 TODO: Kuva tavallisesta muunnoksesta sekä pyöreään, että suorakaideputkeen

Tällaisella tavalla tehty muunnos on aina lineaaripolarisoitu.

Pyörivän polarisaation tuotto kahdella probella

Haluttaessa pyörivää polarisaatiota, pitää joko tehdä polarisaation pyöritys aaltoputkessa (ks. alempaa), tai käyttää pyöreässä aaltoputkessa kahta syöttävää antennia ja yhdistää ne johdoilla joilla on pituuseroa 1/4-aallonpituuden (kaapelissa olevan aallonpituuden mukaan laskien) verran 3dB tehojakajaan.

 TODO: Kuva tehojakajasta + linjoista + probeista pyöreässä putkessa

RHCP (Right Hand Circullar Polarisation) saadaan herätettyä asetelmalla, missä:

• Katsotaan pyöreää aaltoputkea pitkin sen pohjaa kohti ja probet ovat kellotaulun mukaan suunnissa 12 ja 3.
• Syöttävältä 3 dB tehojakajalta 1/4-lambdan(koaksiaalissa) verran pidempi johto tulee klo 3:n probeen ja näin se tuottaa signaalin joka on neljänneskierroksen perässä klo 12 probea.

RHCP:ssä oikean käden peukalo pystyssä muiden sormien ollessa koukussa esittää polarisaatiomallin. Signaali etenee peukalon suuntaan ja polarisaatio kiertyy sormien suuntaan.

LHCP (Left Hand ...) ymmärtyy säätäjän katsoessa vasenta kättään ja vaihtaessa em. rakenteessa probeille tulevia syöttökoaksiaaleja keskenään.

Pyörivän polarisaation tuotto koukku-probella

Kolmas lähestymistapa näyttää olevan laittaa "koukku" tuollaisen syöttävän antennin päähän (yhden aallonpituuden mittainen lenkki) 1/4 aallonpituuden päähän aaltoputken pohjasta. Koukku käyttäytyy viivelinjana ja herättää pyörivän polarisaation kiertymäsuuntaansa.

 TODO: Kuva "koukkusyötöstä"

Polarisaatiosovitukset

Lineaaripolaroitu (suorakaideputkessa oleva) signaali voidaan muuttaa pyöriväksi polarisaatioksi (pyöreään putkeen) tekemällä ensin asteittainen pyöreän aaltoputken taonta suorakaiteeksi ja sitten tekemällä halutun polarisaation valinta kahdella tavalla:

• Ruuvimuunnoksella (todo: mikä tämän oikea suomennos on ?)
• Septumilla

Ruuvimuunnos

// esittele ruuvimuunnos //

Septum

Septum on pyörään putkeen asennettu metallipala, joka toisessa päässään on koko putken poikki ja toisessa päässään hupenee olemattomiin. Tavallisin realisaatio tekee tämän kapenemisen portaittain.

Septum on myös yleensä lyhyempi, kuin "ruuvimuunnos".

Päätevastus (terminator)

Aaltoputken pään täyttö resistiivisellä aineella, joka muuttaa radiotehoa lämpöenergiaksi, tai muuten palautumattomasti poistaa sitä aaltoputkesta.

Suuntakytkimet (directional coupler)

Haluttaessa ottaa aaltoputkessa kulkevasta tehosta osa (3 dB tai paljon pienempi) toiseen aaltoputkeen, se voidaan tehdä suuntakytkimellä.

Rakenteessa kaksi putkea on asetettu vierekkäin siten, että niillä on yksi yhteinen seinä. Tekemällä k.o. seinään sopivia reikiä, saadaan osa toisessa putkessa kulkevasta radiotehosta pihistettyä ulos toiseen putkeen.

Kiertoliitokset (rotating joint)

Kiertoliitokset mahdollistavat aaltoputken jatkuvan pyörivän akselin läpi (esimerkiksi tutkissa)

Suuntaeristimet (isolator)

Eristin on aaltoputkikomponentti, jota pitkin energia kulkee vaivatta toiseen suuntaan ja suurella vastuksella toiseen suuntaan.

Asettamalla aaltoputken sisälle pitkittäin ferriittiä ja sen ympärille kestomagneeteilla tehty bias-magneettikenttä, saadaan putkessa kulkevia aaltomuotoja vääristettyä siten, että eteenpäin kulkevan tehon sähkökentän nolla ja taaksepäin kulkevan tehon sähkökentän maksimi ovat samalla kohdalla. Kun siihen kohtaan laitetaan vastusmateriaalia, saadaan takaisinpäin kulkeva teho imettyä tähän vastukseen.

Tämä kenttävääristymä perustuu fotonien kokemaan Faraday-kiertymään magneetikentässä.

Kiertoelimet (circulator)

Kiertoelimet ovat esimerkki epäsymmetrisesti käyttäytyvistä rakenteista, joissa radiotehon paluusuunta ei ole sama, kuin sen menosuunta. (Non-resiprocal structures)

Tavallisin kiertoelin on kolmeporttinen, jossa energia kulkee portista yksi porttiin kaksi, portista kaksi porttiin kolme ja portista kolme porttiin yksi. Porttimäärää voi lisätä helposti ainakin neljään.

Syöttämällä energiaa portista 1 ja laittamalla sen kulutuspaikka porttiin 2, sekä päätevastus porttin 3, saadaan tehtyä suuntaeristin. Koaksiaalisena (ja liuskarakenteena) tämä on ainoa keino tehdä suuntaeristin.

Resonaattorit

Kaikki aaltoputket ovat periaatteessa resonaattoreita, kunhan putken toinen (tai molemmat) pää oikosuljetaan laipalla.

Ontelo

Mikä tahansa sopiva ontelo voidaan käsittää resonaattorina. Isoilla aallonpituuksilla tällaiset ovat hieman hankalia käyttää, mutta mikroaalloilla nämä ovat tavallisia.

Laadukkaita pistetaajuuksien mikroaalto-oskillaattoreita on tehty käyttäen tarkasti lämpötilasäädettyyn metallikappaleeseen jyrsittyjä onteloita. (Tavallisesti kuparikappaleeseen, mutta mikään ei periaatteessa estä käyttämästä paksuhkoa hopeointia Invar metallinkaan kanssa.)

DRO

Dielectric Resonance Oscillator - Lähinnä tätä käytetään mikroliuskarakenteiden kanssa nostamaan oskillaattorin tankkipiirin Q-arvoa. (Ja joskus myös kapeakaistaisissa suodattimissa.)

YIG

Yttrium-Iron-garnet - kyseessä on oikeastaan DRO:n muoto, jossa ferrimagneettisia ominaisuuksia omaavan palasen mieluisinta resonanssikohtaa voidaan virittää ulkoisella tasavirtamagneettikentällä.

Tämä tarjoaa useamman oktaavin pyyhkäistävyyden ja varsin erinomaisen spektripuhtauden resonaattorin korkean Q-arvon ansiosta.

YIG:tä voidaan käyttää myös pyyhkäistävänä suotimena, vaikkakin se on harvinaisempaa.

http://www.vhfcomm.co.uk/pdf/A%20Simple%20Approach%20tyo%20YIG%20Oscil.pdf

YIG:n eräänä haittapuolena on sen voimakas lämpötilariippuvuus, jonka takia YIG-kide onkin termostoitu ja sen lämmön ylläpito vaatii olosuhteista riippuvan virran.

Viritys tehdään tasavirtamagneettikentällä ja se toteutetaan tavallisesti kahdella käämillä:

• Karkeaviritys noin 1 A virralla
• Hienoviritys/FM alle noin 100 mA (20-50 mA tavallisia)

Taika-T (Magic-T)

Erikoinen aaltoputkirakenne, jossa kahdesta tulosignaalista saadaan samanaikaisesti ulos niiden summa ja erotus.

Standardit putkimitat

Standardoiduissa suorakaideputkissa pitkän sivun pituus on 2 kertaa lyhyen sivun pituus.

http://www.atmmicrowave.com/wave-RawWG.html

WG-sarjan aaltoputkien numero kertoo aaltoputken pidemmän sisäsivun pituuden 0.01 tuuman tarkkuudella. Esimerkiksi WR90 aaltoputken sisämitat ovat: 0.900 x 0.400 tuumaa.

WR#	sisämitat tuumaa	sisämitat mm	Taajuusalue GHz	Cutoff GHz
WR102	1.020x0.510	25.9x13.0	7.0-11.0	5.79
WR90	0.900x0.400	22.8x10.1	8.2-12.4	6.56
WR75	0.750x0.375	19.1x9.5	10.0-15.0	7.85

//WG-taulukko tähän//lisää taulukkoa//

//WE-taulukko tähän//

Laippaliitokset

Putki voidaan liittää toiseen hitsaamalla (kovajuottamalla), tai helpommin mekaanisesti laipaliitoksella.

Laippoja on muutamia erilaisia.

• Pyöreät laipat
• Suorakaidelaipat

Variantteina tarjotaan myös:

• Kuristimet
• O-rengas tiivisteet

Kuristimia käytetään tapauksissa, joissa liitoksen yli halutaan kuljettaa isoja tehoja (paljon yli kilowatti), mikä ei radioamatöörikäytössä ole tarpeen. Jos sellaisia sattuu löytymään jostain, kahta kuristimellista laippaa ei saa laittaa vastakkain, vaan aina suora ja kuristimellinen.

O-rengas tiivisteillä saadaan estettyä kosteuden tunkeutumista liitoksen läpi aaltoputken sisään. Käytetään tyypillisesti ulkona ja kuivalla ilmalla paineistetuilla putkilla.

//Laippataulukko//

http://www.atmmicrowave.com/AtmFlanges.html