تئوری و کاربرد جاذب های RF/مایکروویو
تئوری و کاربرد جاذب های RF/مایکروویو
در محدوده RF/Microwave جاذب ها اجسامی هستند که انرژی یک موج الکترومغناطیسی را تضعیف می کنند. جاذب ها در گستره وسیعی از کاربردها به منظور حذف تشعشعات سرگردان یا ناخواسته ای که موجب تداخل در عملکرد یک سیستم می شود، مورد استفاده قرار می گیرند. جاذب ها می توانند بصورت خارجی برای کاهش بازتاب از اشیاء خاص یا کاهش ارسال آنها و همچنین برای کاهش نوسانات ناشی از حفره رزونانس بصورت داخلی مورد استفاده قرار گیرند. آنها همچنین با حذف انعکاس در اتاق بدون انعکاس (Anechoic chamber) می توانند یک فضای آزاد را از نو خلق کنند.
جاذب ها می توانند به شکل ها و فرم های فیزیکی بسیار متنوعی مانند الاستومر قابل انعطاف، فوم، اپوکسی سخت یا پلاستیک داشته باشند. آنها می توانند به گونه ای ساخته شوند که در مقابل آب و هوا و دماهای افراطی مقاومت کنند. جاذب ها در برخی سیستم ها برای کاهش تداخل بین اجزای مختلف مدار به عنوان یک عنصر بسیار مهم شناخته شده اند.
تئوری جاذب
جاذب ها عموماً شامل یک ماده filler داخل ماتریس ماده هستند. Filler شامل یک یا چند جزء اصلی است که کار اصلی عملیات جذب را انجام می دهد. ماتریس به منظور مشخص کردن ویژگی های فیزیکی (مقاومت دمایی با قابلیت عدم فرسایش در هوا) انتخاب می شوند. جاذب ها با ضریب گذردهی الکتریکی (Electric permittivity) و ضریب گذردهی تراوایی مغناطیسی (Magnetic permeability) آنها توصیف می شوند. گذردهی معیاری است که نشان دهنده تاثیر ماده بر روی میزان الکتریکی یک موج الکترومغناطیسی است و تراوایی مغناطیسی معیاری است که اثر ماده بر روی مولفه مغناطیسی آن موج را نشان می دهد.
″ε*=ε′-jε
ضریب گذردهی، از پلاریزاسیون دی الکتریک مواد بدست می آید. کمیت ′ε گاهاً ضریب دی الکتریک نامیده می شود که در کاربردهای جذب نمیتواند صحیح باشد چرا که′ε با فرکانس تغییر می کند. کمیت″ε نیز یک اندازه از تضعیف میدان الکتریکی ماده است. [1]
کاربردهای جاذب
جاذب های میدان نزدیک: جاذب های میدان نزدیک نوعی از جاذب ها هستند که در نزدیکی یا مستقیماً بر روی یک عنصر تابشی قرار می گیرند. از آنجایی که انرژی در میدان نزدیک عموماً مغناطیسی هستند، جاذب های میدان نزدیک دارای تراوایی مغناطیسی و تلفات مغناطیسی بالایی هستند. همچنین از آنجایی که آنها اغلب در تماس مستقیم با عناصر مدارد هستند باید قابلیت رسانایی پایینی داشته باشند. حتی بهترین مدار طراحی شده هم شامل عناصری هستند که فرکانس های خاصی را می تابانند رزونانس می کنند. این تشعشع کننده ها می توانند سلف،خازن سیم های رابطی باشند که در فرکانس های بخصوصی رفتار متفاوتی دارند. در میدان نزدیک قسمت زیادی از انرژی تابیده شده مغناطیسی است بنابراین تشعشع کننده ها به عنوان یک Loop antenna مدل می شود. انرژی مغناطیسی با افزایش فاصله بسیار سریع از بین می رود اما همچنان می تواند در اجزای مدار که در نزدیک آن قرار دارد تداخل ایجاد کند.
بارها: انتهای مایکرویو موجبر یا بخش های coax هستند که بازتاب کمی به موج ورودی نشان می دهند. Termination ها در بسیاری از سیم های مایکروویو مانند سیرکولاتورها یا coupler ها به منظور حذف سیگنال ناخواسته مورد استفاده قرار می گیرند. یک Termination باید قادر باشد که انرژی واقعی را جذب کند. یک بار باید در تمامی باند هادی موج جذب کند و بنابراین بگونه ای که یک امپدانس نوک تیز را به موج ورودی نمایش دهد. مواد بار عموماً جاذب مغناطیسی هستند که به سادگی مدل می شوند.
جاذب های Millimeter Ware: بسته به اینکه جاذب در یک حفره بسته یا فضای آزاد باشد انواع مختلف جاذب و حالت های مختلف آنالیز در باند RF/Microwave مورد نیاز است.
جاذب ها برای بازتاب پذیری فضای آزاد یا تلفات اضافی دارای فلسفه طراحی متفاوتی نسبت به طراحی برای کاهش رزونانس حفره هستند و اکثر کاربردها در حوزه RF/Microwave یکی از این حالات است هنگامی که به سراغ موج های میلیمتر می رویم فیزیک مسأله تا حدودی تغییر می کند. حتی یک حفره کوچک یا حصار می تواند در فرکانس های موج میلیمتر چندین طول موج را در بر گیرد.
کاهش بازتاب: هر سیستمی که انرژی ارسال می کند می تواند از طریق انعکاس به سمت فرستنده آن، دچار تداخل شود. همچنین بازتاب های ناخواسته می تواند باعث تداخل در سیستم های دیگر شود. اغلب منبع بازتابش نمی تواند با یک ساختمان یا دکل کشتی جابه جا شود. بنابراین جاذب ها می توانند به منظور کاهش سطح بازتابش مورد استفاده قرار گیرند. مقدار کاهش بازتاب پذیری برای جاذب ها ی بیرونی مقاوم در برابر هوا، 20- دسی بل است که 99 درصد بازتابش را حذف خواهد کرد. باید توجه شود که جاذب بگونه ای انتخاب شود که در فرکانس های ارسال عمل جذب را انجام دهد.
کاهش سطح مقطع راداری (RCSR): جاذب ها همچنین می توانند به منظور کاهش سطح مقطع راداری یک شئ هدف مورد استفاده قرار گیرند. با کاهش سطح بازتابش شئ مورد نظر سطح مقطع کوچکتری را نمایش می دهد. اگرچه به خاطر کارایی باند باریک ماده جاذب رادار (RAM) و ضخامت و وزن RAM پهن باند، رسیدن به کاهش سطح مقطع راداری موثر با استفاده از جاذب به تنهایی دشوار خواهد بود.
اتاق بدون انعکاس (Anechoic Chamber): اتاق بدون انعکاس برای ایجاد شرایط فضای آزاد در یک اتاق بسته، استفاده می شوند. برای حذف بازتابش از جاذب هایی با کارایی بسیار بالا روی دیوارها، سقف و کف استفاده می شود. بازتاب پذیری جاذب هایی که در اتاق بدون انعکاس استفاده می شود می توانند 50- دسی بل یا بهتر باشد.