يتمثل أحد الأهداف الرئيسية في تصميم أنظمة الميكروويف في الحفاظ على سلامة الإشارة وتوصيل أقصى طاقة ممكنة إلى الوجهة المقصودة. مع ذلك، يمكن لآليات الفقد المختلفة أن تُضعف قوة الإشارة والأداء العام. يجب تحليل هذه الخسائر، وخاصة تلك الناجمة عن عدم تطابق المعاوقة، بعناية والحد منها لضمان كفاءة النظام.

الخسائر الناتجة عن عدم تطابق المعاوقة

عندما لا يتم إنهاء خط النقل بحمل متطابق، تحدث انعكاسات الإشارة، مما يؤدي إلى عدة أنواع متميزة من فقدان الطاقة:

• فقدان التوهين: الفقد الذي يحدث نتيجة امتصاص الإشارة داخل خط النقل نفسه. ويتم تمثيله على النحو التالي:
• حيث Ei هي طاقة الإدخال، و Er هي الطاقة المنعكسة، و Et هي الطاقة المنقولة.
• فقدان الانعكاس: فقدان الطاقة الذي يحدث نتيجة انعكاس الإشارة بسبب عدم تطابق الحمل. ويتم تمثيله على النحو التالي:
• حيث Ei هي طاقة الإدخال و Er هي الطاقة المنعكسة.
• فقدان الإرسال: مقياس لانخفاض القدرة أثناء انتقال الإشارة عبر خط النقل من المدخل إلى المخرج. ويُعبَّر عنه كما يلي:
• حيث Ei هي طاقة الإدخال و Et هي الطاقة المنقولة.
• تعويض الخساره: مقياس للطاقة المنعكسة عائدةً إلى المصدر بواسطة خط النقل وحمله. ويُعبَّر عنه كما يلي:
• حيث Ei هي طاقة الإدخال و Er هي الطاقة المنعكسة.
• فقدان الإدراج: فقدان الطاقة الناتج عن إدخال جهاز (مثل خط النقل نفسه) في مسار النقل. ويُعبَّر عنه كما يلي:
• حيث E1 هي الطاقة التي يتلقاها الحمل عند توصيله مباشرة بالمصدر، و E2 هي الطاقة التي يتلقاها الحمل مع إدخال خط النقل.

مؤشرات أداء النظام الرئيسية

لتقييم الأداء العام للنظام من حيث توصيل الطاقة، يتم استخدام مقياسين رئيسيين:

• كفاءة خطوط النقل (η): نسبة الطاقة المُوَصَّلة إلى الحمل مقابل الطاقة المُرسَلة من المصدر، معبر عنها كنسبة مئوية.
• تنظيم الجهد: التغير في مقدار الجهد بين طرفي الإرسال والاستقبال لخط النقل، مما يشير إلى انخفاض الجهد على طول الخط.

التخفيف العملي: مطابقة الأطراف

للتغلب على الآثار السلبية لعدم تطابق المعاوقة، تُستخدم تقنية تُعرف باسم مطابقة الوصلات الفرعية . تتضمن هذه التقنية توصيل أجزاء قصيرة من خطوط النقل المفتوحة أو ذات الدائرة القصيرة، تُسمى الوصلات الفرعية، بالتوازي مع الخط الرئيسي. من خلال اختيار طول وموقع هذه الوصلات الفرعية بعناية، يُمكن إلغاء المكون التفاعلي لمعاوقة الحمل، وبالتالي تحقيق التطابق.

• مطابقة القطعة الفردية: في هذه الطريقة، يتم وضع قطعة قصيرة واحدة ذات طول ثابت على مسافة محددة من الحمل. وهي فعالة للمطابقة عند تردد ثابت واحد، ولكن يصعب تعديلها لتغييرات التردد أو الحمل.
• مطابقة الكعب المزدوج: تعتمد هذه الطريقة على استخدام وصلتين في مواقع ثابتة، لكن أطوالهما قابلة للتعديل. وهذا يسمح بإعادة ضبط مطابقة المعاوقة عند تغير معاوقة الحمل، مما يجعلها حلاً أكثر مرونة.

إن مبادئ فهم انتشار الموجات، وتحديد كمية فقد الطاقة، والتخفيف الفعال من عدم تطابق المعاوقة، مترابطة وأساسية لممارسة هندسة الميكروويف الناجحة.