【波导101】何时何地才需要使用软波导?

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【波导101】何时何地才需要使用软波导?

波导互连器件和波导组件,多用于军事、航空航天、卫星通信、雷达、微波/毫米波成像、工业加热/烹饪等各种微波和毫米波应用。在这一类的应用中,或在其他特定环境下,布线空间的几何机构会造成采用硬波导组件或硬波导互连件在进行走线时出现成本过大,复杂程度过高高,或者刚度过强等问题,从而无法达到设计标准。

       这类情形出现的场景可能为:布线空间的几何机构要求实现非常不规则的弯曲段,或者所要求的布线方向使得硬波导的可靠性难以保证,且生产成本太高时;另一种情况可能是组件或结构之间需要设置机械隔离。正是因为这些问题的出现,催生出了软波导产品,并已被各种领域广泛采用。虽然可以适应多种复杂的应用场景,但软波导也有其自身的限制,因此设计人员在完成波导布线及波导组装时必须注意做出相应的权衡。


可达50 GHz的软波导产品系列


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软波导与硬波导之差异

       与由坚硬结构和焊接/钎焊金属制成的硬波导不同,软波导由折叠的紧密互锁金属段构成。某些软波导还通过将互锁金属段内的接缝密封焊接而进行结构加强。这些互锁段的每一接合处均可轻微弯曲。因此在相同的结构下,软波导的长度越长,其可弯曲的程度就越大。除此以外,该互锁段在设计构造上还要求其内部形成的波导通道尽可能狭窄。

       某些型号的软波导可在宽面方向上弯曲,另一些型号则可在窄面方向上弯曲,还有一些在宽面和窄面两方向上均可弯曲。在软波导中,有一类较为特殊,称之为“扭波导”,顾名思义,这类软波导可沿长度方向扭转。此外,还有一些波导器件融合了上述各种功能。

       在许多安装和测试实验室应用中,往往很难找到具有完全合适的法兰、朝向,且设计精准的硬波导结构,如通过定制,则需要等待数周至数月的交付期。在设计、维修或更换部件等情形下,如此之长的交期必将引起不便。

       软波导具有各种长度,并且可在较大范围内扭曲和弯曲,从而可解决对不准导致的各种安装问题。软波导的其他用途包括微波天线或拋物面反射器的定位,这些设备需要多次物理调整才能保证正确对准,软波导能快速实现对准,从而有效降低成本。

       此外,对于会产生各种振动、冲击或蠕变的应用中,由于软波导能为更加敏感的波导部件提供隔绝振动、冲击和蠕变的能力,因此采用软波导将更胜于硬波导。而在温度剧烈变化的应用中,即使是机械性能结实耐用的互连器件和结构也可能因热胀冷缩而发生损坏,软波导能够轻微地膨胀和收缩,从而适应各种受热变化。在存在极端热胀冷缩问题的情形中,软波导还可通过配置额外弯环实现更大的形变程度。

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PE-W22TF005-6


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WR-22,33 - 50 GHz


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软波导的用途和使用方法

       如直接使用硬波导,会导致复杂度过高,成本过大或因定制交期无法满足生产进度时,软波导可能是最佳替代。有时,为了应对各项设计过程中出现的变化,需要进行重新设计,这时便可使用软波导代替硬波导完成测试。软波导还常用于原型组装,以在最终设计完成之前进行概念验证。

       由于软波导结构不像硬波导一样较易传递机械能,因此某些应用对软波导具有“硬性”需求。举例而言,当某接合点处的相对位置可随温度、湿度或负载等环境条件的变化而大幅变动时,则可使用软波导段在两个可移位的接头之间实现一种高度“松弛”的连接。此外,某些软波导还可提供隔离冲击和振动的功能,但须特别注意的是,这种用法可能会缩短软波导的使用寿命。

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PE-W75TF005-12

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WR-75,10 - 15 GHz


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不适于使用软波导的情形

       与硬波导结构相比,软波导的刚性和物理稳定性通常较低。在需要硬波导进一步提供机械支持的情况下,如将其随意替换为软波导,则在较大的机械应变或负载出现时会导致软波导损坏或电气性能下降。此外,过度的振动和冲击也会导致柔性波导的机械和电气故障。由于弯曲可导致软波导的接合点发生磨损、护套损坏或过早失效,因此软波导一般并不适于反复弯曲。与某些硬波导相比,由于软波导的金属壁较薄,各段之间具有接触电阻,且内部波导表面不太理想,因此其电气性能较差。由此可见,与硬波导相比,软波导一般传输特性略差,功率处理能力也较弱。由于软波导在构造的关键部件中采用了温度性能范围和刚性金属不同的护套套材料以及连接焊料,因此其工作温度范围也与硬波导不同。

       如果软波导没有配置外层保护套或未以其他方式密封,则任何微小的间隙都可能导致湿气或其他环境污染物侵入其内在结构。虽然可通过吹扫和使用干燥剂来减小软波导内部的湿气量,但在高湿度或高污染的环境中,随着时间的推移,这些环境因素还是会对软波导的性能造成影响。

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PE-W137TF006-12


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WR-137,5.85 - 8.2 GHz

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