वेवगाइड फ़िल्टर

चित्रा 1. वेवगाइड पोस्ट फिल्टर एक बैंड-पास फिल्टर जिसमें डब्ल्यूजी15 की लंबाई होती है (एक्स बैंड उपयोग के लिए एक मानक वेवगाइड आकार का होता हैं।) प्रत्येक तीन पदों की बाड़ द्वारा पांच युग्मित दोलन माइक्रोवेव गुहा की एक पंक्ति में विभाजित होता है। पदों के सिरों को गाइड की दीवार के माध्यम से फैला हुआ देखा जा सकता है।

वेवगाइड फिल्टर वेवगाइड तकनीक से निर्मित एक इलेक्ट्रॉनिक फिल्टर है। वेवगाइड खोखले धातु की नलिका होती है जिसके अंदर एक विद्युत चुम्बकीय तरंग प्रसारित की जा सकती है। फिल्टर ऐसे उपकरण होते हैं जिनका उपयोग कुछ आवृत्तियों पर संकेतों को प्रसारित (पासबैंड) करने की अनुमति देने के लिए किया जाता है, इसके अतिरिक्त आवृत्तियों (स्टॉपबैंड) को अस्वीकार कर दिया जाता है। फिल्टर इलेक्ट्रॉनिक इंजीनियरिंग डिजाइन का एक बुनियादी घटक है और इसके कई अनुप्रयोग हैं। इनमें संकेतों का चयन और रव की सीमा सम्मिलित है। वेवगाइड फिल्टर आवृत्तियों के माइक्रोवेव बैंड में सबसे उपयोगी होते हैं, जहां वे एक सुविधाजनक आकार और कम हानिकारक होते हैं। माइक्रोवेव फिल्टर के उपयोग के उदाहरण उपग्रह संचार, टेलीफोन नेटवर्क और टेलीविजन प्रसारण में पाए जाते हैं।

रडार और इलेक्ट्रॉनिक काउंटरमेशर्स की जरूरतों को पूरा करने के लिए द्वितीय विश्व युद्ध के दौरान वेवगाइड फिल्टर विकसित किए गए थे, लेकिन बाद में माइक्रोवेव लिंक में उपयोग किये जाने वाले नागरिकों को इसका अनुप्रयोग मिला। युद्ध के बाद के अधिकांश विकास इन फिल्टरों के थोक और वजन को कम करने से संबंधित थे, पहले नई विश्लेषण योजनाओं का उपयोग किया जाता था, जिसके कारण अनावश्यक घटकों को जैसे दोहरे मोड गुहाओं और सिरेमिक प्रतिध्वनित यंत्र जैसे सिरेमिक प्रतिध्वनित यंत्र द्वारा समाप्त किया गया ।

वेवगाइड फिल्टर डिजाइन की एक विशेषता ट्रांसमिशन के तरीके से संबंधित है। विद्युत सुचालक तार और इसी तरह की युग्म के जोड़े पर आधारित प्रणाली में हस्तांतरण का केवल एक ही तरीका प्रयोग किया जाता है। वेवगाइड प्रणाली में, किसी भी संख्या में मोड संभव हो सकते हैं। इसका हानि दोनों को हो सकती है, क्योंकि नकली मोड सामान्यतः समस्याएं पैदा करते हैं, और इसका लाभ दोहरे मोड डिज़ाइन के समकक्ष वेवगाइड सिंगल मोड डिज़ाइन की तुलना में बहुत छोटा हो सकता है। अन्य योजनाओं पर वेवगाइड फिल्टर का मुख्य लाभ उच्च शक्ति और इससे होने वाली कम हानि को संभालने की उनकी क्षमता है। माइक्रोस्ट्रिप फिल्टर जैसी योजनाओंकी तुलना में मुख्य हानि थोक और लागत हैं।

विभिन्न प्रकार के वेवगाइड फिल्टर की एक विस्तृत श्रृंखला है। उनमें से कई में किसी प्रकार के युग्मित अनुनादकों की एक श्रृंखला होती है जिसे एलसी परिपथ के लैडर नेटवर्क के रूप में तैयार किया जा सकता है। इसके सबसे साधारण प्रकारों में से एक में कई युग्मित प्रतिध्वनित गुहा होती हैं। इस प्रकार के भीतर भी, कई उप-प्रकार होते हैं, जो ज्यादातर युग्मन के माध्यम से विभेदित होते हैं। इन युग्मन प्रकारों में एपर्चर, ^[w], जलन,^[x] और पोस्ट विद्यमान हैं। अन्य वेवगाइड फिल्टर प्रकारों में डाइइलेक्ट्रिक प्रतिध्वनित यंत्र फिल्टर, इंसर्ट फिल्टर, फिनलाइन फिल्टर, नालीदार-वेवगाइड फिल्टर और स्टब फिल्टर विद्यमान हैं।कई वेवगाइड के घटकों में उनके डिज़ाइन पर फ़िल्टर सिद्धांत लागू होता है, लेकिन उनका उद्देश्य सिग्नल फ़िल्टर के अतिरिक्ति कुछ और होता है। इस तरह के उपकरणों में प्रतिबाधा मिलान घटक, दिशात्मक युग्मक और द्विसंयोजक विद्यमान हैं। ये उपकरण सामान्यतः आंशिक रूप से एक फिल्टर का रूप लेते हैं।

स्कोप

वेवगाइड का सामान्य अर्थ, जब शब्द का प्रयोग अयोग्य होता है, खोखले धातु प्रकार (या कभी-कभी डाइलेक्ट्रिक भरा) होता है, लेकिन अन्य वेवगाइड प्रौद्योगिकियां संभव हैं। इस लेख की सीमा धातु-नालिका तक सीमित है। पोस्ट-वॉल वेवगाइड संरचना का एक प्रकार है, लेकिन इस लेख में विद्यमान करने के लिए पर्याप्त रूप से संबंधित है- लहर अधिकतर सामग्री के संचालन से घिरा हुआ है। डाइलेक्ट्रिक छड़ से वेवगाइड का निर्माण संभव है, इसका सबसे प्रसिद्ध उदाहरण ऑप्टिकल फाइबर है। यह विषय इस अपवाद के साथ लेख की सीमा से बाहर है क्योंकि डाइलेक्ट्रिक रॉड प्रतिध्वनित यंत्र कभी-कभी खोखले धातु वाले वेवगाइड के अंदर उपयोग किया जाता है। संचरण लाइन ^[o] प्रौद्योगिकियों जैसे कि तारों और माइक्रोस्ट्रिप का संचालन वेवगाइड के रूप में माना जा सकता है, लेकिन सामान्यतः ऐसा नहीं कहा जाता और इस लेख की सीमा से यह बाहर भी हैं।

मूल अवधारणा

फिल्टर

इलेक्ट्रानिक्स में, फ़िल्टर (सिग्नल प्रोसेसिंग) का उपयोग आवृत्ति के एक निश्चित बैंड के संकेतों को दूसरों को अवरुद्ध करते हुए पारित करने की अनुमति देने के लिए किया जाता है। वे इलेक्ट्रॉनिक सिस्टम के बुनियादी निर्माण खंड हैं और उनके पास बहुत सारे अनुप्रयोग हैं। वेवगाइड फिल्टर के उपयोग में डुप्लेक्सर्स और बहुसंकेतन का निर्माण विद्यमान है; ^[d] रिसीवर में चयनात्मकता और शोर सीमा; और ट्रांसमीटर में हार्मोनिक विरूपण दमन।

वेवगाइड्स

वेवगाइड्स धातु की एक नलिका हैं जिनका उपयोग रेडियो संकेतों को सीमित और निर्देशित करने के लिए किया जाता है। वे सामान्यतः पीतल के बने होते हैं, लेकिन एल्यूमीनियम और तांबे का भी उपयोग किया जाता है। सामान्यतः ये आयताकार होते हैं, लेकिन अन्य क्रॉस-सेक्शन जैसे गोलाकार या अण्डाकार रूप में संभव हैं। एक वेवगाइड फिल्टर वेवगाइड घटकों से बना एक फिल्टर है। इसमें इलेक्ट्रॉनिक्स और रेडियो इंजीनियरिंग में अन्य फिल्टर प्रौद्योगिकियों के समान ही अनुप्रयोगों की एक श्रृंखला प्रयुक्त की जाती है, लेकिन यांत्रिक और संचालन के सिद्धांत में बहुत अलग है।

फिल्टर के निर्माण के लिए उपयोग की जाने वाली तकनीक को ऑपरेशन की आवृत्ति द्वारा चुना जाता है, चूंकि इसमें बड़ी मात्रा में ओवरलैप होता है। ऑडियो इलेक्ट्रॉनिक्स जैसे कम आवृत्ति अनुप्रयोग असतत संधारित्र और कुचालक से बने फिल्टर का उपयोग करते हैं। कहीं-कहीं बहुत उच्च आवृत्ति बैंड में, डिजाइनर ट्रांसमिशन लाइन के टुकड़ों से बने घटकों का उपयोग करने के लिए स्विच करते हैं। ^[p] इस प्रकार के डिजाइनों को वितरित तत्व फ़िल्टर कहा जाता है। असतत घटकों से बने फिल्टर को कभी-कभी अलग करने के लिए गांठ वाले तत्व फिल्टर कहा जाता है। अभी भी उच्च आवृत्तियों पर, माइक्रोवेव बैंड, डिज़ाइन वेवगाइड फिल्टर, या कभी-कभी वेवगाइड और ट्रांसमिशन लाइनों के संयोजन पर स्विच हो जाता है।

वेवगाइड फिल्टर में लंप्ड एलिमेंट फिल्टर की तुलना में ट्रांसमिशन लाइन फिल्टर के साथ बहुत अधिक समान होते है; उनमें कोई असतत संधारित्र या प्रेरक नहीं होते हैं। चूंकि, वेवगाइड डिजाइन सामान्यतः एक गांठ वाले तत्व डिजाइन के बराबर या लगभग इतना हो सकता है। सामान्यतः वेवगाइड फिल्टर का डिजाइन एक गांठ वाले तत्व के डिजाइन से शुरू होता है और फिर उसके डिजाइन किए हुए तत्वों को वेवगाइड घटकों में परिवर्तित करता है।

मोड

चित्र 2. कुछ सामान्य वेवगाइड मोड के क्षेत्र पैटर्न

ट्रांसमिशन लाइन डिज़ाइन की तुलना में वेवगाइड फिल्टर के संचालन में सबसे महत्वपूर्ण अंतरों में से एक सिग्नल ले जाने वाली विद्युत चुम्बकीय तरंग के संचरण के तरीके से संबंधित है। एक संचरण लाइन में, तरंग सुचालकों की एक जोड़ी पर विद्युत धाराओं से जुड़ी होती है। सुचालक धाराओं को रेखा के समानांतर होने के लिए विवश करते हैं, और परिणामस्वरूप विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के चुंबकीय और विद्युत दोनों घटक तरंग की यात्रा की दिशा के लंबवत होते हैं। इस अनुप्रस्थ मोड को ^[l] (अनुप्रस्थ विद्युत चुम्बकीय) नामित किया गया है। दूसरी ओर इसके अधिक मोड होते हैं जिसका कोई भी पूरी तरह से खोखले वेवगाइड में समर्थन कर सकता है, लेकिन टीईएम मोड उनमें से नहीं है। वेवगाइड मोड को या तो ^[n] (ट्रांसवर्स इलेक्ट्रिक) या ^[m](अनुप्रस्थ चुंबक) के रूप में नामित किया जाता है, इसके बाद सबसे सही मोड की पहचान करने वाले प्रत्ययों की एक जोड़ी होती है।

नकली मोड उत्पन्न होने पर मोड की यह बहुलता वेवगाइड फिल्टर में समस्या पैदा कर सकती है। डिज़ाइन सामान्यतः एकल मोड पर आधारित होते हैं और अवांछित मोड को दबाने के लिए सामान्यतः सुविधाओं को विद्यमान करते हैं। दूसरी ओर, एप्लिकेशन के लिए सही मोड चुनने से और यहां तक ​​कि कभी-कभी एक से अधिक मोड का उपयोग करने से लाभ हो सकता है। जहां केवल एक ही मोड का उपयोग किया जाता है, वेवगाइड को एक संवाहक संचरण लाइन के समान तैयार किया जा सकता है और ट्रांसमिशन लाइन सिद्धांत के परिणाम लागू किए जा सकते हैं।

कटऑफ

वेवगाइड फिल्टर की एक अन्य विशेषता यह है कि एक निश्चित आवृत्ति, कटऑफ आवृत्ति होती है, जिसके नीचे कोई संचरण नहीं हो सकता है। इसका मतलब यह है कि सैद्धांतिक रूप से वेवगाइड में लो-पास फिल्टर नहीं बनाए जा सकते। चूंकि, डिजाइनर सामान्यतः एक ढेलेदार तत्व लो-पास फिल्टर डिजाइन लेते हैं और इसे एक वेवगाइड कार्यान्वयन में परिवर्तित करते हैं। फ़िल्टर परिणामस्वरूप डिज़ाइन द्वारा कम-पास है और सभी व्यावहारिक उद्देश्यों के लिए कम-पास फ़िल्टर माना जा सकता है यदि कटऑफ आवृत्ति आवेदन के लिए ब्याज की किसी भी आवृत्ति से कम है। वेवगाइड कटऑफ आवृत्ति ट्रांसमिशन मोड का एक कार्य है, इसलिए किसी दी गई आवृत्ति पर, वेवगाइड कुछ मोड में प्रयोग योग्य हो सकता है लेकिन अन्य नहीं। इसी तरह, दी गई आवृत्ति पर गाइड की तरंगदैर्घ्य^[h] (λg) और विशेषता प्रतिबाधा ^[b] भी मोड पर निर्भर करती है।

प्रमुख मोड

सभी मोड की न्यूनतम कटऑफ आवृत्ति वाले मोड को प्रमुख मोड कहा जाता है। कटऑफ और अगले उच्चतम मोड के बीच, यह एकमात्र ऐसा मोड है जिसे प्रसारित करना संभव है, यही वजह है कि इसे प्रमुख के रूप में वर्णित किया गया है। उत्पन्न कोई भी नकली मोड गाइड की लंबाई के साथ तेजी से क्षीण हो जाता है और जल्द ही गायब हो जाता है। प्रैक्टिकल फिल्टर डिजाइन सामान्यतः प्रभावी मोड में संचालित करने के लिए बनाए जाते हैं।

आयताकार वेवगाइड में, TE₁₀^[q] मोड (चित्र 2 में दिखाया गया है) प्रमुख मोड है। प्रमुख मोड कटऑफ और अगले उच्चतम मोड कटऑफ के बीच आवृत्तियों का एक बैंड है जिसमें वेवगाइड को नकली मोड उत्पन्न करने की किसी भी संभावना के बिना संचालित किया जा सकता है। अगले उच्चतम कटऑफ मोड TE₂₀ हैं,^[r] TE₁₀ मोड के ठीक दोगुने पर, और TE₀₁^[s] जो कि TE₁₀ से भी दोगुना है यदि उपयोग किए गए वेवगाइड में सामान्यतः इस्तेमाल किया जाने वाला पहलू अनुपात 2: 1 है। सबसे कम कटऑफ TM मोड TM₁₁^[t]है (चित्र 2 में दिखाया गया है) जो$\scriptstyle {\sqrt {5}}$ 2:1 वेवगाइड में प्रमुख मोड का है। इस प्रकार, एक सप्तक होता है जिस पर प्रभावी मोड नकली मोड से मुक्त होता है, चूंकि कटऑफ के बहुत करीब संचालन करने से सामान्यतः चरण विकृति के कारण बचा जाता है।

सर्कुलर वेवगाइड में प्रमुख मोड TE₁₁ है ^[u] और चित्र 2 में दिखाया गया है। अगला उच्चतम मोड TM₀₁ है ^[v] जिस सीमा पर प्रभावी मोड के नकली-मोड मुक्त होने की गारंटी होती है, वह आयताकार वेवगाइड की तुलना में कम है; आयताकार गाइड में 2.0 की तुलना में सर्कुलर वेवगाइड में उच्चतम से निम्नतम आवृत्ति का अनुपात लगभग 1.3 है।

अप्रचलित मोड

Main article: अपवर्तन तरंग

इवैन्सेंट मोड कटऑफ़ आवृत्ति से नीचे होते हैं। वे किसी भी दूरी के लिए वेवगाइड का प्रचार नहीं कर सकते, जो कि तेजी से खत्म हो रहे हैं। चूंकि, वे बाद में वर्णित कुछ फिल्टर घटकों जैसे कि आईरिस और पोस्ट के कार्य में महत्वपूर्ण हैं, क्योंकि ऊर्जा अपवर्तक तरंग क्षेत्रों में संग्रहीत होती है।

फायदे और नुकसान

ट्रांसमिशन लाइन फिल्टर के समान, वेवगाइड फिल्टर में हमेशा कई पासबैंड होते हैं, लम्प्ड एलिमेंट प्रोटोटाइप फिल्टर की प्रतिकृतियां। अधिकांश डिजाइनों में, केवल सबसे कम आवृत्ति वाला पासबैंड उपयोगी होता है (या बैंड-स्टॉप फ़िल्टर के मामले में सबसे कम दो) और अतिरिक्त अवांछित को नकली कलाकृतियां मान लिया जाता है। यह प्रौद्योगिकी की एक आंतरिक संपत्ति है और इसे डिज़ाइन नहीं किया जा सकता है, चूंकि डिज़ाइन का नकली बैंड की आवृत्ति स्थिति पर कुछ नियंत्रण हो सकता है। इसके कारण किसी भी फ़िल्टर डिज़ाइन में, एक उच्च आवृत्ति होती है जिसके आगे फ़िल्टर अपना कार्य करने में विफल हो जाएगा। इस कारण से, वेवगाइड में सच्चे लो-पास और उच्च पास फिल्टर मौजूद नहीं हो सकते। कुछ उच्च आवृत्ति पर फ़िल्टर के इच्छित कार्य को बाधित करने वाला एक नकली पासबैंड या स्टॉपबैंड होगा। लेकिन, वेवगाइड कटऑफ फ़्रीक्वेंसी वाली स्थिति के समान, फ़िल्टर को डिज़ाइन किया जा सकता है जिससे पहले नकली बैंड का किनारा ब्याज की किसी भी आवृत्ति से अधिक उच्च हो।

आवृत्तियों की सीमा जिस पर वेवगाइड फिल्टर उपयोगी होती हैं, वह बहुत अधिक आवश्यक वेवगाइड वाले आकार द्वारा निर्धारित की जाती है। कम आवृत्तियों पर कटऑफ आवृत्ति को परिचालन आवृत्ति से नीचे रखने के लिए वेवगाइड को अव्यवहारिक रूप से बड़ा होना चाहिए। दूसरी ओर, फिल्टर जिनकी ऑपरेटिंग आवृत्तियां इतनी अधिक हैं कि तरंगदैर्घ्य उप-मिलीमीटर हैं, सामान्य मशीन शॉप प्रक्रियाओं के साथ निर्मित नहीं किए जा सकते हैं। आवृत्तियों पर यह उच्च, फाइबर-ऑप्टिक तकनीक एक विकल्प बनाने लगती है।

वेवगाइड एक कम नुकसान वाला माध्यम है। वेवगाइड में नुकसान ज्यादातर वेवगाइड की दीवारों में प्रेरित धाराओं के कारण होने वाले जूल हीटिंग अपव्यय से होता है। आयताकार वेवगाइड में सर्कुलर वेवगाइड की तुलना में कम नुकसान होता है और यह सामान्यतः पसंदीदा प्रारूप होता है, लेकिन TE₀₁ सर्कुलर मोड बहुत कम नुकसान होता है और इसमें लंबी दूरी के संचार में अनुप्रयोग होते हैं। वेवगाइड की दीवारों की आंतरिक सतहों को पॉलिश करके नुकसान को कम किया जा सकता है। कुछ अनुप्रयोगों में जिन्हें कठोर फ़िल्टरिंग की आवश्यकता होती है, सतह की चालकता में सुधार के लिए दीवारों को सोने या चांदी की एक पतली परत के साथ चढ़ाया जाता है। ऐसी आवश्यकताओं का एक उदाहरण उपग्रह अनुप्रयोग है जिसमें कम हानि, उच्च चयनात्मकता और रैखिक की आवश्यकता होती है।

टीईएम मोड योजनाओं की तुलना में वेवगाइड फ़िल्टर के मुख्य लाभों में से उनके प्रतिध्वनित यंत्र (प्रतिध्वनित यंत्र) की गुणवत्ता है। प्रतिध्वनित यंत्र की गुणवत्ता को Q कारक, या Q नामक पैरामीटर की विशेषता है। वेवगाइड प्रतिध्वनित यंत्र के Q का मान टीईएम मोड प्रतिध्वनित यंत्र से अधिक परिमाण के आदेश के कारण हजारों में है। सुचालकों का प्रतिरोध, विशेष रूप से प्रेरकों में, टीईएम प्रतिध्वनित यंत्र के Q को सीमित करता है। यह सर्वोत्तम Q वेवगाइड में सर्वोत्तम प्रदर्शन करने वाले फिल्टर की ओर किया जाता है, जिसमें स्टॉप बैंड रिजेक्शन अधिक होता है। वेवगाइड्स में Q की सीमा ज्यादातर पहले वर्णित दीवारों में ओमिक हानि से आती है, लेकिन आंतरिक दीवारों पर चांदी चढ़ाना दोगुने से अधिक हो सकता है।

वेवगाइड्स में अच्छी शक्ति प्रबंधन क्षमता होती है, जो रडार में अनुप्रयोगों को फ़िल्टर करने की ओर ले जाती है। वेवगाइड फिल्टर के प्रदर्शन लाभों के अतिरिक्त, इसकी कम लागत के कारण माइक्रोस्ट्रिप सामान्यतः पसंदीदा तकनीक है। यह उपभोक्ता वस्तुओं और कम माइक्रोवेव आवृत्तियों के लिए विशेष रूप से सत्य है। माइक्रोस्ट्रिप परिपथ सस्ते मुद्रित परिपथ प्रौद्योगिकी द्वारा निर्मित किए जा सकते हैं, और जब अन्य परिपथ ब्लॉकों के समान मुद्रित बोर्ड पर एकीकृत किया जाता है तो वे बहुत कम अतिरिक्त लागत लेते हैं।

इतिहास

विद्युत चुम्बकीय तरंगों के लिए एक वेवगाइड का विचार पहली बार 1897 में लॉर्ड रेले द्वारा सुझाया गया था। रेले ने प्रस्तावित किया कि एक समाक्षीय संचरण लाइन केंद्र सुचालक को हटा सकती है, और तरंगें अभी भी शेष बेलनाकार सुचालक के अंदर की ओर फैलती हैं, इसके अतिरिक्त यह अब एक ना होकर सुचालकों का पूरा विद्युत परिपथ हैं। उन्होंने इसे ज़िग-ज़ैग फैशन में बाहरी सुचालक की आंतरिक दीवार से बार-बार परावर्तित करने वाली लहर के संदर्भ में वर्णित किया क्योंकि यह वेवगाइड से नीचे की ओर बढ़ रही थी। रेले ने भी सबसे पहले महसूस किया कि एक महत्वपूर्ण तरंग दैर्ध्य, कटऑफ तरंग दैर्ध्य, सिलेंडर व्यास के समानुपाती था, जिसके ऊपर तरंग प्रसार संभव नहीं है। चूंकि, वेवगाइड में रुचि कम हो गई क्योंकि कम आवृत्तियां लंबी दूरी के रेडियो संचार के लिए अधिक उपयुक्त थीं। रेले के परिणामों को कुछ समय के लिए भुला दिया गया था और 1930 के दशक में जब माइक्रोवेव में रुचि फिर से शुरू हुई तो अन्य लोगों द्वारा इसे फिर से खोजा जाना था। 1932 में जॉर्ज क्लार्क साउथवर्थऔर जे. एफ. हरग्रीव्स द्वारा वेवगाइड को पहली बार गोलाकार रूप में विकसित किया गया था।

पहला एनालॉग फिल्टर डिज़ाइन जो एक साधारण सिंगल प्रतिध्वनित यंत्र से आगे निकल गया था, जॉर्ज एशले कैंपबेल द्वारा 1910 में बनाया गया था और इसने फ़िल्टर सिद्धांत की शुरुआत को चिह्नित किया। कैंपबेल का फिल्टर संधारित्र और कुचालक का एक गांठ-तत्व डिजाइन था जो लोडिंग कॉइल के साथ उनके काम द्वारा सुझाया गया था। ओटो ज़ोबेल और अन्य लोगों ने इसे जल्दी ही और विकसित कर लिया। द्वितीय विश्व युद्ध से पहले के वर्षों में वितरित तत्व फिल्टर का विकास शुरू हुआ। 1937 में मेसन और साइक्स द्वारा इस विषय पर एक प्रमुख पत्र प्रकाशित किया गया था एक पेटेंट जिसे मेसन द्वारा 1927 में दायर किया गया था, में वितरित तत्वों का उपयोग करते हुए पहला प्रकाशित फ़िल्टर डिज़ाइन विद्यमान हो सकता है।

मेसन और साइक्स का काम समाक्षीय केबल और तारों के संतुलित जोड़े के प्रारूपों पर केंद्रित था, लेकिन अन्य शोधकर्ताओं ने बाद में सिद्धांतों को वेवगाइड पर भी लागू किया। द्वितीय विश्व युद्ध के दौरान रडार और इलेक्ट्रॉनिक काउंटरमेशर्स की फ़िल्टरिंग आवश्यकताओं द्वारा संचालित वेवगाइड फिल्टर पर बहुत विकास किया गया था। इसका एक अच्छा सौदा एमआईटी विकिरण प्रयोगशाला (रेड लैब) में था, लेकिन यूएस और यूके में अन्य प्रयोगशालाएं भी विद्यमान थीं जैसे यूके में दूरसंचार अनुसंधान प्रतिष्ठान। रेड लैब के जाने-माने वैज्ञानिकों और इंजीनियरों में जूलियन श्विंगर , नाथन मारकुविट्ज़, एडवर्ड मिल्स परसेल और हंस बेथे थे। बेथे केवल रेड लैब में थोड़े समय के लिए थे, लेकिन उन्होंने वहीं रहते हुए अपने एपर्चर सिद्धांत का निर्माण किया। वेवगाइड कैविटी फिल्टर के लिए एपर्चर सिद्धांत महत्वपूर्ण है, जिसे पहले रेड लैब में विकसित किया गया था। उनका काम 1948 में युद्ध के बाद प्रकाशित हुआ था और इसमें फ़ानो और लॉसन द्वारा दोहरे मोड वाले गुहाओं का प्रारंभिक विवरण विद्यमान है।

युद्ध के बाद सैद्धांतिक कार्य में पॉल रिचर्ड्स (वैज्ञानिक) के अनुरूप रेखा सिद्धांत विद्यमान था। अनुरूप रेखाएं नेटवर्क हैं जिसमें सभी तत्व समान लंबाई (या कुछ मामलों में इकाई लंबाई के गुणक) होते हैं, चूंकि वे अलग-अलग विशिष्ट बाधाओं को देने के लिए अन्य आयामों में भिन्न हो सकते हैं।^[a] "जैसा है" लिया जा सकता है और एक बहुत ही सरल परिवर्तन समीकरण का उपयोग करके सीधे वितरित तत्व डिज़ाइन में परिवर्तित किया जा सकता है। 1955 में के. कुरोदा ने कुरोदा की पहचान के रूप में ज्ञात परिवर्तनों को प्रकाशित किया। इसने समस्याग्रस्त श्रृंखला और समानांतर परिपथ से जुड़े तत्वों को समाप्त करके रिचर्ड के काम को असंतुलित और वेवगाइड प्रारूपों में अधिक उपयोगी बना दिया, लेकिन कुरोदा के जापानी काम को अंग्रेजी बोलने वाले दुनिया में व्यापक रूप से जाने जाने से कुछ समय पहले यह था। एक अन्य सैद्धांतिक विकास विल्हेम काउरे का नेटवर्क संश्लेषण फ़िल्टर दृष्टिकोण था जिसमें उन्होंने तत्व मूल्यों को निर्धारित करने के लिए चेबीशेव सन्निकटन का उपयोग किया था। द्वितीय विश्व युद्ध के दौरान काउर का काम काफी हद तक विकसित हुआ था (इसके अंत में काउर को मार दिया गया था), लेकिन शत्रुता समाप्त होने तक व्यापक रूप से प्रकाशित नहीं किया जा सका। जबकि काउर का काम ढेलेदार तत्वों से संबंधित है, वेवगाइड फिल्टर के लिए इसका कुछ महत्व है; चेबीशेव फ़िल्टर , काउर के संश्लेषण का एक विशेष मामला, व्यापक रूप से वेवगाइड डिजाइन के लिए एक प्रोटोटाइप फिल्टर के रूप में उपयोग किया जाता है।

1950 के दशक में डिजाइन एक लम्प्ड एलिमेंट प्रोटोटाइप (आज भी उपयोग में आने वाली एक तकनीक) के साथ शुरू हुआ, जो एक वेवगाइड फॉर्म में वांछित फिल्टर पर विभिन्न परिवर्तनों के बाद आया। उस समय, यह दृष्टिकोण भिन्नात्मक बैंडविंड प्रदान कर रहा था जो लगभग 1/5 से अधिक नहीं थी। 1957 में, स्टैनफोर्ड रिसर्च इंस्टीट्यूट में लियो यंग ने फिल्टर डिजाइन करने के लिए एक विधि प्रकाशित की, जो एक वितरित तत्व प्रोटोटाइप, स्टेप्ड प्रतिबाधा प्रोटोटाइप के साथ शुरू हुई। यह फिल्टर विभिन्न चौड़ाई के क्वार्टर-वेव प्रतिबाधा ट्रांसफार्मर पर आधारित था और एक ऑक्टेव तक बैंडविंड के साथ डिजाइन तैयार करने में सक्षम था।2/3 यंग का पेपर विशेष रूप से सीधे युग्मित कैविटी प्रतिध्वनित यंत्र को संबोधित करता है, लेकिन इस प्रक्रिया को अन्य सीधे युग्मित प्रतिध्वनित यंत्र प्रकारों पर समान रूप से लागू किया जा सकता है।

चित्रा 3. एक क्रॉस-युग्मित फ़िल्टर का पियर्स का वेवगाइड कार्यान्वयन

एक क्रॉस-युग्मित फ़िल्टर का पहला प्रकाशित खाता 1948 के पेटेंट में बेल लैब्स में जॉन आर. पियर्स के कारण है। एक क्रॉस-युग्मित फ़िल्टर वह होता है जिसमें प्रतिध्वनित यंत्र जो तुरंत आसन्न नहीं होते हैं, युग्मित होते हैं। इस प्रकार प्रदान की गई स्वतंत्रता की अतिरिक्त डिग्री डिजाइनर को सर्वोत्तम प्रदर्शन के साथ, या वैकल्पिक रूप से, कम प्रतिध्वनित यंत्र के साथ फ़िल्टर बनाने की अनुमति देती है। पियर्स के फिल्टर का एक संस्करण, चित्र 3 में दिखाया गया है, आयताकार गाइड गुहा प्रतिध्वनित यंत्र के बीच लिंक करने के लिए परिपत्र वेवगाइड गुहा प्रतिध्वनित यंत्र का उपयोग करता है। यह सिद्धांत पहले वेवगाइड फिल्टर डिजाइनरों द्वारा अधिक उपयोग नहीं किया गया था, लेकिन 1960 के दशक में यांत्रिक फिल्टर डिजाइनरों द्वारा इसका व्यापक रूप से उपयोग किया गया था, विशेष रूप से कोलिन्स रेडियो कंपनी में आर. ए. जॉनसन।

वेवगाइड फिल्टर का प्रारंभिक गैर-सैन्य अनुप्रयोग दूरसंचार कंपनियों द्वारा अपने बैकबोन नेटवर्क प्रदान करने के लिए उपयोग किए जाने वाले माइक्रोवेव लिंक में था। इन कड़ियों का उपयोग बड़े, स्थिर नेटवर्क वाले अन्य उद्योगों, विशेषकर टेलीविजन प्रसारकों द्वारा भी किया जाता था। इसी प्रकार के आवेदन बड़े पूंजी निवेश कार्यक्रमों का एक भाग थे। अब इनका उपयोग उपग्रह संचार प्रणालियों में भी किया जाता है।

उपग्रह अनुप्रयोगों में आवृत्ति-स्वतंत्र देरी की आवश्यकता ने क्रॉस-युग्मित फिल्टर के वेवगाइड अवतार में और अधिक शोध किया। पहले, उपग्रह संचार प्रणालियों ने विलंब समकरण के लिए एक अलग घटक का उपयोग किया था। क्रॉस-युग्मित फिल्टर से प्राप्त स्वतंत्रता की अतिरिक्त डिग्री ने अन्य प्रदर्शन मापदंडों से समझौता किए बिना एक फिल्टर में एक फ्लैट देरी को डिजाइन करने की संभावना को बाहर रखा। एक घटक जो एक साथ फिल्टर और तुल्यकारक दोनों के रूप में कार्य करता है, मूल्यवान वजन और स्थान को बचाएगा। 1970 के दशक में उपग्रह संचार की ज़रूरतों ने अनुसंधान को और अधिक आकर्षक प्रतिध्वनित यंत्रों में बदल दिया। इस संबंध में विशेष रूप से प्रमुखता ई एल ग्रिफिन और एफ ए यंग का काम है, जिन्होंने बहुत अच्छी तरह से 12-14 GHz बैंड की जांच की जब 1970 के दशक के मध्य में उपग्रहों के लिए इसका उपयोग किया जाने लगा।

एक अन्य अंतरिक्ष-बचत नवाचार डाइलेक्ट्रिक प्रतिध्वनित यंत्र था, जिसका उपयोग अन्य फिल्टर प्रारूपों के साथ-साथ वेवगाइड में भी किया जा सकता है। फिल्टर में इनका पहला उपयोग 1965 में एस.बी. कोहन द्वारा किया गया था, जिसमें रंजातु डाइऑक्साइड का उपयोग डाइलेक्ट्रिक सामग्री के रूप में किया गया था। चूंकि, 1960 के दशक में उपयोग किए जाने वाले डाइलेक्ट्रिक प्रतिध्वनिक में बहुत खराब तापमान गुणांक थे, जो सामान्यतः इन्वार से बने यांत्रिक प्रतिध्वनित यंत्र से 500 गुना खराब थे, जिसके कारण फ़िल्टर मापदंडों की अस्थिरता हुई। सर्वोत्तम तापमान गुणांक वाले उस समय की डाइलेक्ट्रिक सामग्री में अंतरिक्ष की बचत के लिए उपयोगी होने के लिए एक डाइलेक्ट्रिक स्थिरांक बहुत कम था। 1970 के दशक में बहुत कम तापमान गुणांक वाले सिरेमिक प्रतिध्वनित यंत्र की शुरुआत के साथ यह बदल गया। इनमें से पहला बेरियम टेट्राटिटेनेट का उपयोग करते हुए मैसे और पुसेल से था 1972 में रेथियॉन में। 1979 में बेल लैब्स और मुराता मैन्युफैक्चरिंग द्वारा और सुधारों की सूचना दी गई। बेल लैब्स का बेरियम टाइटेनेट प्रतिध्वनित यंत्र में 40 का डाइलेक्ट्रिक स्थिरांक था और 5000-10,000 का Q कारक 2-7 GHz. आधुनिक तापमान-स्थिर सामग्री में माइक्रोवेव आवृत्तियों पर लगभग 90 का डाइलेक्ट्रिक स्थिरांक होता है, लेकिन कम हानि और उच्च पारगम्यता दोनों के साथ सामग्री खोजने के लिए अनुसंधान जारी है; कम पारगम्यता सामग्री, जैसे कि ज़िरकोनियम स्टैनेट टाइटेनेट (ZST) 38 के डाइलेक्ट्रिक स्थिरांक के साथ, अभी भी कभी-कभी उनकी कम हानि संपत्ति के लिए उपयोग किया जाता है।

छोटे वेवगाइड फिल्टर को डिजाइन करने के लिए एक वैकल्पिक दृष्टिकोण गैर-प्रचारित अपवर्तक मोड के उपयोग द्वारा प्रदान किया गया था। जेनेस और एडसन ने 1950 के दशक के अंत में इवैंसेंट मोड वेवगाइड फिल्टर का प्रस्ताव रखा। इन फिल्टरों को डिजाइन करने के तरीके क्रेवन एंड यंग द्वारा 1966 में बनाए गए थे। तब से, वेवगाइड मोड वेवगाइड फिल्टर ने सफल उपयोग देखा है जहां वेवगाइड आकार या वजन महत्वपूर्ण विचार हैं।

खोखले-धातु-वेवगाइड फिल्टर के अंदर उपयोग की जा रही एक अपेक्षाकृत हाल की तकनीक फिनलाइन है, यह एक प्रकार का प्लानर डाइलेक्ट्रिक वेवगाइड है। फिनलाइन का वर्णन पहली बार 1972 में पॉल मेयर ने किया था।

बहुसंकेतन का इतिहास

जॉन आर. पियर्स ने क्रॉस-कपल्ड फिल्टर और सन्निहित पासबैंड मल्टीप्लेक्सर का आविष्कार किया।

आवृत्ति विभाजन बहुसंकेतन का वर्णन पहली बार 1948 में फ़ानो और लॉसन द्वारा किया गया था। पियर्स ने सबसे पहले सन्निहित पासबैंड वाले बहुसंकेतन का वर्णन किया था। दिशात्मक फिल्टर का उपयोग करते हुए बहुसंकेतन का आविष्कार 1950 के दशक में सीमोर कोहन और फ्रैंक कोल ने किया था। प्रत्येक जंक्शन पर प्रतिबाधा प्रवेश्यता प्रतिध्वनित यंत्र की क्षतिपूर्ति वाले बहुसंकेतन मोटे तौर पर 1960 के दशक में ई.जी. क्रिस्टल और जी.एल. मथाई के काम हैं। यह तकनीक अभी भी कभी-कभी उपयोग की जाती है, लेकिन कंप्यूटरीकृत शक्ति की आधुनिक उपलब्धता ने संश्लेषण योजनाओं का अधिक सामान्य उपयोग किया है जो इन अतिरिक्त प्रतिध्वनिकों की आवश्यकता के बिना सीधे मेल खाने वाले फिल्टर का उत्पादन कर सकते हैं। 1965 में आर जे वेन्ज़ेल ने खोज की कि फिल्टर जो अकेले समाप्त किए गए थे,^[k] सामान्य रूप से दोगुने समाप्त होने के स्थान पर, पूरक थे - ठीक वही जो एक डिप्लेक्सर के लिए आवश्यक था।^[c] वेन्ज़ेल परिपथ सिद्धांतकार अर्न्स्ट गुइलमिन के व्याख्यानों से प्रेरित थे।

मल्टी-चैनल, मल्टी-ऑक्टेव बहुसंकेतन की जांच माइक्रोफ़ेज़ कॉर्पोरेशन में हेरोल्ड शूमाकर द्वारा की गई थी, और उनके परिणाम 1976 में प्रकाशित हुए थे। यह सिद्धांत कि मल्टीप्लेक्सर फ़िल्टर का मिलान तब किया जा सकता है जब पहले कुछ तत्वों को संशोधित करके एक साथ जोड़ा जाता है, इस प्रकार प्रतिपूरक प्रतिध्वनित यंत्र को दूर किया जाता है। ई.जे. कर्ली द्वारा 1968 के आसपास गलती से खोजा गया था, जब उन्होंने एक डिप्लेक्सर को गलत समझा। इसके लिए एक औपचारिक सिद्धांत 1976 में जेडी रोड्स द्वारा प्रदान किया गया था और 1979 में रोड्स और राल्फ लेवी द्वारा बहुसंकेतन के लिए सामान्यीकृत किया गया था।

1980 के दशक से, प्लानर प्रौद्योगिकियां, विशेष रूप से माइक्रोस्ट्रिप उपभोक्ता बाजार के उद्देश्य से उत्पादों में फिल्टर और मल्टीप्लेक्सर्स के निर्माण के लिए उपयोग की जाने वाली अन्य योजनाओंको बदलने की प्रवृत्ति रखता है। पोस्ट-वॉल वेवगाइड का अभी का नवाचार वेवगाइड डिज़ाइन को एक फ्लैट सब्सट्रेट पर लागू करने की अनुमति देता है जिसमें कम लागत वाली विनिर्माण तकनीकें होती हैं जो माइक्रोस्ट्रिप के लिए उपयोग की जाती हैं।।

घटक

चित्रा 4. एक गांठ वाले तत्व का लैडर परिपथ कार्यान्वयन कम-पास फिल्टर

वेवगाइड फ़िल्टर डिज़ाइन में सामान्यतः दो अलग-अलग घटक होते हैं जिन्हें कई बार दोहराया जाता है। सामान्यतः, एक घटक एक प्रतिध्वनिक यंत्र या एक प्रारंभ करनेवाला, संधारित्र, या एलसी प्रतिध्वनिक परिपथ के बराबर एक गांठ परिपथ के साथ असंतुलन है। सामान्यतः, फ़िल्टर प्रकार इस घटक की शैली से अपना नाम लेगा। इन घटकों को एक दूसरे घटक द्वारा पृथक किया जाता है, गाइड की लंबाई जो एक प्रतिबाधा ट्रांसफार्मर के रूप में कार्य करती है। प्रतिबाधा ट्रांसफार्मर के पहले घटक के वैकल्पिक उदाहरण बनाने का प्रभाव एक अलग प्रतिबाधा प्रतीत होता है। शुद्ध परिणाम एक सीढ़ी नेटवर्क का एक लम्प्ड तत्व समकक्ष परिपथ है। गांठ वाले तत्व फिल्टर सामान्यतः लैडर टोपोलॉजी होती हैं, और यह ऐसा परिपथ है जो वेवगाइड फ़िल्टर डिज़ाइन के लिए एक विशिष्ट प्रारंभिक बिंदु है। चित्र 4 ऐसी सीढ़ी दिखाता है। सामान्यतः, वेवगाइड घटक प्रतिध्वनिक यंत्र होते हैं, और समकक्ष परिपथ दिखाए गए संधारित्र और इंडक्टर्स के स्थान पर एलसी प्रतिध्वनित यंत्र होंगे, लेकिन चित्रा 4 जैसे परिपथ अभी भी एक बैंड-पास या बैंड-स्टॉप परिवर्तन के उपयोग के साथ प्रोटोटाइप फिल्टर के रूप में उपयोग किए जाते हैं।

फ़िल्टर प्रदर्शन पैरामीटर, जैसे स्टॉपबैंड अस्वीकृति और पासबैंड और स्टॉपबैंड के बीच संक्रमण की दर, इनमें अधिक घटकों को जोड़कर सुधार किया जाता है और इस प्रकार फ़िल्टर की लंबाई बढ़ जाती है। जहां घटकों को समान रूप से दोहराया जाता है, फ़िल्टर एक छवि पैरामीटर फ़िल्टर डिज़ाइन है, और अधिक समान तत्वों को जोड़कर केवल प्रदर्शन को बढ़ाया जाता है। यह दृष्टिकोण सामान्यतः फ़िल्टर डिज़ाइन में उपयोग किया जाता है जो वफ़ल-लौह फ़िल्टर जैसे बड़ी संख्या में बारीकी से दूरी वाले तत्वों का उपयोग करते हैं। डिज़ाइन के लिए जहां तत्व अधिक व्यापक रूप से दूरी पर हैं, नेटवर्क संश्लेषण फ़िल्टर डिज़ाइन का उपयोग करके सर्वोत्तम परिणाम प्राप्त किए जा सकते हैं, जैसे आम चेबीशेव फ़िल्टर और बटरवर्थ फ़िल्टर। इस दृष्टिकोण में परिपथ तत्वों के सभी समान मूल्य नहीं होते हैं, और फलस्वरूप घटक सभी समान आयाम नहीं होते हैं। इसके अलावा, यदि अधिक घटकों को जोड़कर डिज़ाइन को बढ़ाया जाता है फिर सभी तत्व मूल्यों की गणना फिर से शुरू से की जानी चाहिए। सामान्य रूप में, डिज़ाइन के दो उदाहरणों के बीच कोई सामान्य मान नहीं होगा। चेबीशेव वेवगाइड फिल्टर का उपयोग किया जाता है जहां फ़िल्टरिंग आवश्यकताएं कठोर होती हैं, जैसे कि उपग्रह अनुप्रयोग।

प्रतिबाधा ट्रांसफार्मर

एक प्रतिबाधा ट्रांसफार्मर एक ऐसा उपकरण है जो अपने आउटपुट पोर्ट (परिपथ सिद्धांत) पर एक प्रतिबाधा बनाता है जो इसके इनपुट पोर्ट पर एक अलग प्रतिबाधा के रूप में दिखाई देता है। वेवगाइड में, यह उपकरण केवल वेवगाइड की एक छोटी लंबाई है। विशेष रूप से उपयोगी क्वार्टर-लहर प्रतिबाधा ट्रांसफार्मर है जिसकी लंबाई g/4 है। यह उपकरण समाई को अधिष्ठापन में बदल सकता है और इसके विपरीत। इसमें शंट से जुड़े तत्वों को श्रृंखला से जुड़े तत्वों और इसके विपरीत में बदलने की उपयोगी संपत्ति भी है। वेवगाइड में श्रृंखला से जुड़े तत्वों को लागू करना अन्यथा कठिन होता है।

प्रतिबिंब और असंतुलन

कई वेवगाइड फिल्टर घटक वेवगाइड के संचरण गुणों में अचानक परिवर्तन, एक असंततता की शुरुआत करके काम करते हैं। इस तरह के विच्छेदन उस बिंदु पर रखे गए गांठ प्रतिबाधा तत्वों के बराबर हैं। यह निम्नलिखित तरीके से उत्पन्न होता है: असंततता संचरित तरंग के आंशिक प्रतिबिंब को विपरीत दिशा में गाइड के पीछे ले जाती है, दोनों के अनुपात को परावर्तन गुणांक के रूप में जाना जाता है। यह पूरी तरह से एक ट्रांसमिशन लाइन पर प्रतिबिंब के समान है जहां प्रतिबिंब गुणांक और प्रतिबाधा के बीच एक स्थापित संबंध है जो प्रतिबिंब का कारण बनता है। यह प्रतिबाधा विद्युत प्रतिक्रिया के समान होनी चाहिए अर्थात यह एक समाई या एक अधिष्ठापन होना चाहिए। यह एक प्रतिरोध नहीं हो सकता क्योंकि कोई भी ऊर्जा अवशोषित नहीं हुई है, यह सब या तो आगे की ओर संचरित होती है या परावर्तित होती है। इस फ़ंक्शन वाले घटकों के उदाहरणों में आईरिस, स्टब्स और पोस्ट विद्यमान हैं, जिनका वर्णन इस आलेख में बाद में फ़िल्टर प्रकारों के अंतर्गत किया गया है जिनमें वे होते हैं।

प्रतिबाधा कदम

एक प्रतिबाधा कदम एक उपकरण का एक उदाहरण है जो एक असंततता का परिचय देता है। यह वेवगाइड के भौतिक आयामों में एक कदम परिवर्तन द्वारा प्राप्त किया जाता है। इसके परिणामस्वरूप वेवगाइड की विशेषता प्रतिबाधा में एक चरण परिवर्तन होता है। चरण या तो ई-प्लेन ^[f] (ऊंचाई में परिवर्तन ^[j]) या एच विमान ^[g] (चौड़ाई में परिवर्तन) में हो सकता है।

प्रतिध्वनित गुहा फिल्टर

गुहा प्रतिध्वनित यंत्र

वेवगाइड फिल्टर का एक मूल घटक कैविटी प्रतिध्वनित यंत्र है। इसमें दोनों सिरों पर अवरुद्ध वेवगाइड की एक छोटी लंबाई होती है। प्रतिध्वनिक यंत्र के अंदर फंसी तरंगें दोनों सिरों के बीच आगे-पीछे परावर्तित होती हैं। गुहा की दी गई ज्यामिति एक विशिष्ट आवृत्ति पर प्रतिध्वनित होगी। अनुनाद प्रभाव का उपयोग कुछ आवृत्तियों को चुनिंदा रूप से पारित करने के लिए किया जा सकता है। एक फिल्टर संरचना में उनके उपयोग के लिए आवश्यक है कि कुछ तरंगों को एक युग्मन संरचना के माध्यम से एक गुहा से दूसरे में जाने की अनुमति दी जाए। चूंकि, यदि प्रतिध्वनिक यंत्र में उद्घाटन छोटा रखा जाता है तो एक वैध डिजाइन दृष्टिकोण गुहा को डिजाइन करना है जैसे कि यह पूरी तरह से बंद हो और त्रुटियां न्यूनतम हों। फिल्टर के विभिन्न वर्गों में कई अलग-अलग युग्मन तंत्रों का उपयोग किया जाता है।

एक गुहा में मोड के लिए नामकरण एक तीसरा सूचकांक पेश करता है, उदाहरण के लिए TE₀₁₁, पहले दो सूचकांक गुहा की लंबाई के ऊपर और नीचे यात्रा करने वाली लहर का वर्णन करते हैं, अर्थात्, वे वेवगाइड में मोड के लिए अनुप्रस्थ मोड संख्याएं हैं। तीसरा सूचकांक आगे की यात्रा और परावर्तित तरंगों के हस्तक्षेप पैटर्न के कारण अनुदैर्ध्य मोड का वर्णन करता है। तीसरा सूचकांक गाइड की लंबाई के नीचे आधे तरंग दैर्ध्य की संख्या के बराबर है। उपयोग किए जाने वाले सबसे आम मोड प्रमुख मोड हैं, आयताकार वेवगाइड में TE₁₀₁, और सर्कुलर वेवगाइड में TE₁₁₁, TE₀₁₁ सर्कुलर मोड का उपयोग किया जाता है जहां बहुत कम हानि (इसलिए उच्च Q) की आवश्यकता होती है लेकिन इसका उपयोग दोहरे मोड वाले फ़िल्टर में नहीं किया जा सकता क्योंकि यह गोलाकार रूप से सममित है। डुअल-मोड फिल्टर में आयताकार वेवगाइड के लिए सर्वोत्तम मोड TE₁₀₃ और TE₁₀₅ हैं। चूंकि, TE₁₁₃ सर्कुलर वेवगाइड मोड और भी सर्वोत्तम है जो 12 GHz पर 16,000 का Q प्राप्त कर सकता है।

ट्यूनिंग पेंच

ट्यूनिंग स्क्रू प्रतिध्वनिक गुहाओं में डाले गए स्क्रू होते हैं जिन्हें बाहरी रूप से वेवगाइड में समायोजित किया जा सकता है। वे वेवगाइड में अधिक या कम धागा डालकर प्रतिध्वनित आवृत्ति की ठीक ट्यूनिंग प्रदान करते हैं। उदाहरण चित्र 1 के पोस्ट फिल्टर में देखे जा सकते हैं: प्रत्येक गुहा में जैम नट्स और थ्रेड-लॉकिंग कंपाउंड से सुरक्षित एक ट्यूनिंग स्क्रू होता है। केवल थोड़ी दूरी पर डाले गए स्क्रू के लिए, समतुल्य परिपथ एक शंट संधारित्र है, जो स्क्रू डालने पर मूल्य में वृद्धि करता है। चूंकि, जब स्क्रू को /4 की दूरी पर डाला जाता है तो यह एक श्रृंखला LC परिपथ के बराबर प्रतिध्वनित होता है। इसे डालने से प्रतिबाधा कैपेसिटिव से इंडक्टिव में बदल जाती है, यानी अंकगणितीय संकेत बदल जाता है।

आईरिस

चित्रा 5. कुछ वेवगाइड आईरिस ज्यामिति और उनके गांठ वाले तत्व समकक्ष परिपथ

एक आईरिस वेवगाइड के पार एक पतली धातु की प्लेट होती है जिसमें एक या एक से अधिक छेद होते हैं। इसका उपयोग दो लंबाई के वेवगाइड को एक साथ जोड़ने के लिए किया जाता है और यह एक असंतुलन को पेश करने का एक साधन है। परितारिका के कुछ संभावित ज्यामिति चित्र 5 में दिखाए गए हैं। एक आईरिस जो एक आयताकार वेवगाइड की चौड़ाई को कम करता है, एक शंट कुचालक के बराबर परिपथ होता है, जबकि जो ऊंचाई को सीमित करता है वह शंट धारिता के बराबर होता है। एक परितारिका जो दोनों दिशाओं को प्रतिबंधित करती है, एक समानांतर LC प्रतिध्वनिक परिपथ के बराबर होती है। वेवगाइड की दीवारों से परितारिका के संचालन भाग को दूर करके एक श्रृंखला एलसी परिपथ का गठन किया जा सकता है। नैरोबैंड फिल्टर सामान्यतः छोटे छेद वाले आईरिज का उपयोग करते हैं। छेद के आकार या परितारिका पर उसकी स्थिति की परवाह किए बिना ये हमेशा आगमनात्मक होते हैं। वृत्ताकार छेद मशीन के लिए सरल हैं, लेकिन लंबे छेद, या क्रॉस के आकार में छेद, युग्मन के एक विशेष तरीके के चयन की अनुमति देने में फायदेमंद होते हैं।

आइरिस एक प्रकार का असंततता है और रोमांचक अपवर्तन उच्च मोड द्वारा काम करता है। ऊर्ध्वाधर किनारे विद्युत क्षेत्र (E क्षेत्र) के समानांतर हैं और टीई मोड को उत्तेजित करते हैं। TE मोड में संग्रहीत ऊर्जा मुख्य रूप से चुंबकीय क्षेत्र (H क्षेत्र) में होती है, और फलस्वरूप इस संरचना के लम्प्ड समकक्ष एक प्रारंभ करनेवाला है। क्षैतिज किनारे एच क्षेत्र के समानांतर हैं और टीएम मोड को उत्तेजित करते हैं। इस मामले में संग्रहित ऊर्जा मुख्य रूप से ई क्षेत्र में होती है और गांठ के बराबर एक संधारित्र होता है।

यंत्रवत् रूप से समायोज्य आईरिस बनाना काफी सरल है। वेवगाइड के किनारे में एक संकीर्ण स्लॉट से धातु की एक पतली प्लेट को अंदर और बाहर धकेला जा सकता है। एक चर घटक बनाने की इस क्षमता के लिए कभी-कभी आईरिस निर्माण को चुना जाता है।

आईरिस-युग्मित फ़िल्टर

चित्रा 6. तीन आईरिस के साथ आईरिस-युग्मित फिल्टर

एक परितारिका-युग्मित फ़िल्टर में प्रतिबाधा ट्रांसफॉर्मर का एक झरना होता है, जो वेवगाइड प्रतिध्वनिक गुहाओं के रूप में होता है, जो एक साथ आईरिस द्वारा युग्मित होता है। उच्च शक्ति अनुप्रयोगों में कैपेसिटिव आईरिज से बचा जाता है। वेवगाइड की ऊंचाई में कमी (ई क्षेत्र की दिशा) के कारण विद्युत क्षेत्र की ताकत बढ़ जाती है और उत्पन्न होती है (या डाइलेक्ट्रिक टूटना अगर वेवगाइड एक कुचालक से भरा होता है) कम शक्ति पर होगा अन्यथा यह होगा।

फ़िल्टर पोस्ट करें

चित्र 7. पोस्ट की तीन पंक्तियों के साथ फ़िल्टर पोस्ट करें

पोस्ट बार का संचालन कर रहे हैं, सामान्यतः गोलाकार, वेवगाइड की ऊंचाई पर आंतरिक रूप से तय होते हैं और ये असंततता शुरू करने का एक और साधन हैं। एक पतली पोस्ट में एक शंट प्रारंभ करने के बराबर परिपथ होता है। पदों की एक पंक्ति को आगमनात्मक परितारिका के रूप में देखा जा सकता है।

एक पोस्ट फ़िल्टर में वेवगाइड की चौड़ाई में पोस्ट की कई पंक्तियाँ होती हैं जो वेवगाइड को प्रतिध्वनिक गुहाओं में अलग करती है जैसा कि चित्र 7 में दिखाया गया है। अधिष्ठापन के अलग-अलग मूल्यों को प्राप्त करने के लिए प्रत्येक पंक्ति में पदों की भिन्न संख्या का उपयोग किया जा सकता है। एक उदाहरण चित्र 1 में देखा जा सकता है। फ़िल्टर उसी तरह से संचालित होता है जैसे आईरिस-युग्मित फ़िल्टर लेकिन निर्माण की विधि में भिन्न होता है।

पोस्ट-वॉल वेवगाइड

Main article: पोस्ट-वॉल वेवगाइड

एक पोस्ट-वॉल वेवगाइड, या सब्सट्रेट इंटीग्रेटेड वेवगाइड, यह एक और वर्तमान प्रारूप है जो कम विकिरण हानि, उच्च Q, के लाभों को जोड़ना चाहता है और छोटे आकार के साथ पारंपरिक खोखले धातु पाइप वेवगाइड की ये उच्च शक्ति हैंडलिंग और प्लानर प्रौद्योगिकियों के निर्माण में बहुत आसान है (जैसे व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले माइक्रोस्ट्रिप प्रारूप)। इसमें एक कुचालक के सब्सट्रेट होता है, जिसे कंडक्टिंग पोस्ट की दो पंक्तियों के साथ छेदा जाता है, जो वेवगाइड की साइड की दीवारों के लिए खड़ा होता है। सब्सट्रेट के ऊपर और नीचे कंडक्टिंग शीट से ढके होते हैं जो इसे ट्रिपलेट प्रारूप के समान निर्माण बनाते हैं। मुद्रित परिपथ बोर्ड या कम तापमान सह-फायर सिरेमिक की मौजूदा निर्माण योजनाओं का उपयोग पोस्ट-वॉल वेवगाइड परिपथ बनाने के लिए किया जा सकता है। यह प्रारूप स्वाभाविक रूप से फ़िल्टर डिज़ाइन के बाद वेवगाइड के लिए उधार देता है।

दोहरे मोड फ़िल्टर

एक डुअल-मोड फिल्टर एक प्रकार का प्रतिध्वनिक गुहा फिल्टर है, लेकिन इस मामले में प्रत्येक गुहा का उपयोग दो प्रतिध्वनिक यंत्र (दो ध्रुवीकरण) को नियोजित करके दो प्रतिध्वनिक यंत्र प्रदान करने के लिए किया जाता है, इसलिए यह दिए गए क्रम के लिए फ़िल्टर का आयतन आधा कर देता हैं। फिल्टर के आकार में यह सुधार विमान के उड्डयन और अंतरिक्ष अनुप्रयोगों में एक प्रमुख लाभ है। इन अनुप्रयोगों में उच्च गुणवत्ता वाले फिल्टर के लिए कई गुहाओं की आवश्यकता हो सकती है जो महत्वपूर्ण स्थान घेरती हैं।

डाइलेक्ट्रिक प्रतिध्वनित यंत्र फिल्टर

चित्रा 8. तीन अनुप्रस्थ अनुनादक के साथ डाइलेक्ट्रिक प्रतिध्वनित यंत्र फिल्टर

डाइलेक्ट्रिक प्रतिध्वनित यंत्र वेवगाइड में डाली गई डाइलेक्ट्रिक सामग्री के टुकड़े हैं। वे सामान्यतः बेलनाकार होते हैं क्योंकि इन्हें बिना मशीनिंग के बनाया जा सकता है लेकिन अन्य आकृतियों का उपयोग किया गया है। उन्हें केंद्र के माध्यम से एक छेद के साथ बनाया जा सकता है जिसका उपयोग उन्हें वेवगाइड में सुरक्षित करने के लिए किया जाता है। जब TE011 सर्कुलर मोड का उपयोग किया जाता है तो केंद्र में कोई क्षेत्र नहीं होता है, इसलिए छेद का कोई प्रतिकूल प्रभाव नहीं पड़ता है। प्रतिध्वनित यंत्र को वेवगाइड पर समाक्षीय लगाया जा सकता है, लेकिन सामान्यतः उन्हें चौड़ाई में ट्रांसवर्सली रूप से माउंट किया जाता है जैसा कि चित्र 8 में दिखाया गया है। बाद की व्यवस्था प्रतिध्वनित यंत्र के केंद्र छेद में वेवगाइड की दीवार के माध्यम से एक स्क्रू डालकर प्रतिध्वनित यंत्र को ट्यून करने की अनुमति देती है।

डाइलेक्ट्रिक प्रतिध्वनित यंत्र उच्च पारगम्यता सामग्री से बनाया जाता है, जैसे बेरियम टाइटेनेट में से एक, कैविटी प्रतिध्वनित यंत्र की तुलना में उनके पास एक महत्वपूर्ण स्थान बचत लाभ है। चूंकि, वे नकली मोड के लिए बहुत अधिक प्रवण हैं। उच्च शक्ति अनुप्रयोगों में, धातु की परतों को प्रतिध्वनित यंत्र में बनाया जा सकता है ताकि गर्मी को दूर किया जा सके क्योंकि डाइलेक्ट्रिक सामग्री में कम तापीय चालकता होती है।

डाइलेक्ट्रिक प्रतिध्वनित यंत्र को आयरेसेस या प्रतिबाधा ट्रांसफार्मर के साथ जोड़ा जा सकता है। वैकल्पिक रूप से, उन्हें एक ठूंठ के समान साइड-हाउसिंग में रखा जा सकता है और एक छोटे एपर्चर के माध्यम से जोड़ा जा सकता है।

फ़िल्टर इन्सर्ट करें

चित्र 9. ई-प्लेन में छह डाइइलेक्ट्रिक प्रतिध्वनित यंत्र के साथ फ़िल्टर डालें।

इन्सर्ट फिल्टर में एक या एक से अधिक धातु की चादरें वेवगाइड की लंबाई के नीचे अनुदैर्ध्य रूप से रखी जाती हैं जैसा कि चित्र 9 में दिखाया गया है। इन चादरों में प्रतिध्वनिक यंत्र बनाने के लिए छेद किए गए हैं। वायु डाइलेक्ट्रिक इन प्रतिध्वनिक यंत्रों को एक उच्च Q देता है। वेवगाइड की समान लंबाई में कई समानांतर आवेषण का उपयोग किया जा सकता है। कम प्रतिध्वनित यंत्र Q की कीमत पर धातु की चादरों में छेद के स्थान पर डाइलेक्ट्रिक सामग्री की पतली शीट और मुद्रित धातुकरण के साथ अधिक कॉम्पैक्ट प्रतिध्वनित यंत्र प्राप्त किए जा सकते हैं।

अंतिम फ़िल्टर

फ़िनलाइन एक अलग तरह की वेवगाइड तकनीक है डाइलेक्ट्रिक की एक पतली पट्टी में कौन सी तरंगें धातुकरण की दो पट्टियों द्वारा विवश हैं। डाइलेक्ट्रिक और धातु स्ट्रिप्स की कई संभावित टोपोलॉजिकल व्यवस्थाएं हैं। फिनलाइन स्लॉट-वेवगाइड का एक रूपांतर है लेकिन फिनलाइन के मामले में पूरी संरचना एक धातु ढाल में संलग्न है। इसका यह लाभ है कि, खोखले धातु वेवगाइड के समान, विकिरण से कोई शक्ति नहीं खोती है। डाइलेक्ट्रिक सामग्री की एक शीट पर धातुकरण पैटर्न को प्रिंट करके फिनलाइन फिल्टर बनाया जा सकता है और फिर शीट को खोखले मेटल वेवगाइड के ई-प्लेन में उतना ही डालें जितना कि इन्सर्ट फिल्टर्स के साथ किया जाता है। मेटल वेवगाइड फिनलाइन वेवगाइड के लिए ढाल बनाता है। डाइलेक्ट्रिक शीट पर एक पैटर्न को धातुकृत करके डाइलेक्ट्रिक प्रतिध्वनित यंत्र का निर्माण किया जाता है। आकृति 9 के साधारण इंसर्ट फिल्टर की तुलना में अधिक जटिल पैटर्न आसानी से प्राप्त किए जाते हैं क्योंकि डिजाइनर को धातु हटाने के यांत्रिक समर्थन पर प्रभाव पर विचार करने की आवश्यकता नहीं है। यह जटिलता विनिर्माण लागत में नहीं जुड़ती है चूंकि डिज़ाइन में अधिक तत्व जोड़े जाने पर आवश्यक प्रक्रियाओं की संख्या नहीं बदलती है। फ़िनलाइन डिज़ाइन इन्सर्ट फ़िल्टर की तुलना में विनिर्माण सहनशीलता के प्रति कम संवेदनशील होते हैं और इनमें व्यापक बैंडविथ होते हैं।

इवांसेंट-मोड फ़िल्टर

ऐसे फ़िल्टर डिज़ाइन करना संभव है जो आंतरिक रूप से पूरी तरह से अप्रचलित मोड में काम करते हैं। इसमें जगह बचाने के फायदे हैं क्योंकि फिल्टर वेवगाइड, जो सामान्यतः फिल्टर का आवास बनाता है, प्रमुख मोड के प्रसार का समर्थन करने के लिए पर्याप्त बड़ा होने की आवश्यकता नहीं है। सामान्यतः, एक अपवर्तक मोड फ़िल्टर में वेवगाइड की लंबाई होती है जो इनपुट और आउटपुट पोर्ट को फीड करने वाले वेवगाइड से छोटी होती है। कुछ डिज़ाइनों में इसे अधिक कॉम्पैक्ट फ़िल्टर प्राप्त करने के लिए मोड़ा जा सकता है। ट्यूनिंग स्क्रू को विशिष्ट अंतराल पर वेवगाइड के साथ डाला जाता है जो उन बिंदुओं पर समान गांठ वाली धारिता पैदा करता है। हाल के डिजाइनों में शिकंजा को डाइलेक्ट्रिक आवेषण के साथ बदल दिया गया है। ये संधारित्र अपवर्तक मोड वेवगाइड की पूर्ववर्ती लंबाई के साथ प्रतिध्वनित होते हैं जिसमें एक प्रारंभ करनेवाला के बराबर परिपथ होता है जिससे फ़िल्टरिंग क्रिया उत्पन्न होती है। इनमें से प्रत्येक कैपेसिटिव डिसकंटीनिटी के आसपास के क्षेत्र में कई अलग-अलग अपवर्तक मोड से ऊर्जा संग्रहीत की जाती है। चूंकि, डिज़ाइन ऐसा है कि केवल प्रमुख मोड आउटपुट पोर्ट तक पहुँचता है; अन्य मोड संधारित्र के बीच बहुत तेजी से क्षय होते हैं।

नालीदार-वेवगाइड फ़िल्टर

चित्रा 10. नालीदार वेवगाइड फिल्टर कटअवे के साथ अंदर गलियारों को दिखा रहा है

चित्र 11. एक नालीदार वेवगाइड फिल्टर के माध्यम से अनुदैर्ध्य खंड

नालीदार वेवगाइड फिल्टर, जिसे रिज्ड वेवगाइड फिल्टर भी कहा जाता है, जिसमें कई लकीरें, या दांत होते हैं, जो समय-समय पर वेवगाइड की आंतरिक ऊंचाई को कम करता है जैसा कि आंकड़े 10 और 11 में दिखाया गया है। उनका उपयोग उन अनुप्रयोगों में किया जाता है जिनके लिए एक साथ एक विस्तृत पासबैंड, अच्छे पासबैंड मिलान और एक विस्तृत स्टॉपबैंड की आवश्यकता होती है। वे अनिवार्य रूप से कम पास डिजाइन हैं (कटऑफ आवृत्ति की सामान्य सीमा से ऊपर), अधिकांश अन्य रूपों के विपरीत जो सामान्यतः बैंड-पास होते हैं। दांतों के बीच की दूरी अन्य फिल्टर डिजाइनों के तत्वों के बीच की सामान्य λ/4 दूरी से बहुत कम है। सामान्यतः, वे छवि पैरामीटर विधि द्वारा सभी लकीरें समान के साथ डिज़ाइन की जाती हैं, लेकिन निर्माण की जटिलता के बदले चेबीशेव जैसे फिल्टर के अन्य वर्ग प्राप्त किए जा सकते हैं। छवि डिजाइन पद्धति में लकीरों के समतुल्य परिपथ को एलसी आधे खंडों के कैस्केड के रूप में तैयार किया गया है। फ़िल्टर प्रमुख TE₁₀ मोड में काम करता है, लेकिन नकली मोड मौजूद होने पर समस्या हो सकती है। विशेष रूप से, TE₂₀ और TE₃₀ मोड का स्टॉपबैंड क्षीणन बहुत कम है।

वफ़ल-लौह फ़िल्टर

Main article: वफ़ल-लौह फ़िल्टर

वफ़ल-लौह फ़िल्टर नालीदार-वेवगाइड फ़िल्टर का एक प्रकार है। इसमें उस फ़िल्टर के समान गुण होते हैं, अतिरिक्त लाभ के साथ कि नकली TE₂₀ और TE₃₀ मोड को दबा दिया जाता है। वफ़ल-आयरन फ़िल्टर में, चैनलों को लकीरों के माध्यम से लंबे समय तक फ़िल्टर के नीचे काटा जाता है। यह वेवगाइड की ऊपरी और निचली सतहों से आंतरिक रूप से उभरे हुए दांतों का एक मैट्रिक्स छोड़ देता है। दांतों का यह पैटर्न वफ़ल आयरन जैसा दिखता है, इसलिए इसे फ़िल्टर का नाम दिया गया है।

वेवगाइड स्टब फिल्टर

चित्रा 12. वेवगाइड स्टब फिल्टर जिसमें तीन स्टब प्रतिध्वनित यंत्र होते हैं

एक स्टब वेवगाइड की एक छोटी लंबाई होती है जो एक छोर पर फिल्टर में किसी बिंदु से जुड़ी होती है और दूसरे छोर पर शॉर्ट परिपथ होती है। ओपन सर्कुलेटेड स्टब्स सैद्धांतिक रूप से भी संभव हैं, लेकिन वेवगाइड में कार्यान्वयन व्यावहारिक नहीं है क्योंकि विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा स्टब के खुले सिरे से उत्सर्जित होगी, जिसके परिणामस्वरूप उच्च नुकसान होगा। स्टब्स एक प्रकार का प्रतिध्वनिक यंत्र है, और गांठ वाला तत्व समतुल्य एक LC प्रतिध्वनिक परिपथ है। चूंकि, एक संकीर्ण बैंड पर, स्टब्स को प्रतिबाधा ट्रांसफार्मर के रूप में देखा जा सकता है। शॉर्ट परिपथ को या तो कुचालक या धारिता में बदल दिया जाता है जो स्टब की लंबाई पर निर्भर करता है। एक वेवगाइड स्टब फिल्टर एक वेवगाइड की लंबाई के साथ एक या एक से अधिक स्टब्स रखकर बनाया जाता है, सामान्यतः g/4 अलग, जैसा कि चित्र 12 में दिखाया गया है। स्टब्स के सिरों को शॉर्ट-परिपथ करने के लिए खाली कर दिया जाता है।

जब शॉर्ट-परिपथेड स्टब्स g/4 लंबे होते हैं तो फ़िल्टर बैंड-स्टॉप फ़िल्टर होगा और स्टब्स में लाइन के साथ श्रृंखला में जुड़े समानांतर प्रतिध्वनिक परिपथ का एक गांठ-तत्व अनुमानित समकक्ष परिपथ होगा। जब स्टब्स g/2 लंबे होते हैं, तो फ़िल्टर एक बैंड-पास फ़िल्टर होगा। इस मामले में लंप्ड-एलिमेंट समतुल्य लाइन के साथ श्रृंखला में श्रृंखला LC अनुनाद परिपथ है।

अवशोषण फिल्टर

अवशोषण फिल्टर आंतरिक रूप से गर्मी के रूप में अवांछित आवृत्तियों में ऊर्जा को नष्ट कर देते हैं। यह एक पारंपरिक फ़िल्टर डिज़ाइन के विपरीत है जहाँ अवांछित आवृत्तियों को फ़िल्टर के इनपुट पोर्ट से वापस परावर्तित किया जाता है। ऐसे फिल्टर का उपयोग किया जाता है जहां बिजली को स्रोत की ओर वापस भेजना अवांछनीय होता है। यह उच्च शक्ति ट्रांसमीटरों के मामले में है जहां ट्रांसमीटर को नुकसान पहुंचाने के लिए वापसी शक्ति काफी अधिक हो सकती है। ट्रांसमीटर नकली उत्सर्जन को हटाने के लिए एक अवशोषण फिल्टर का उपयोग किया जा सकता है जैसे हार्मोनिक्स या नकली साइडबैंड। एक डिज़ाइन जो कुछ समय से उपयोग में है, में नियमित अंतराल पर फ़ीड वेवगाइड की दीवारों में स्लॉट काट दिए जाते हैं। इस डिज़ाइन को लीकी-वेव फ़िल्टर के रूप में जाना जाता है। प्रत्येक स्लॉट एक छोटे गेज वेवगाइड से जुड़ा है जो वांछित बैंड में आवृत्तियों के प्रसार का समर्थन करने के लिए बहुत छोटा है। इस प्रकार वे आवृत्तियाँ फ़िल्टर से अप्रभावित रहती हैं। अवांछित बैंड में उच्च आवृत्तियां, चूंकि, साइड गाइड के साथ आसानी से फैलती हैं जो एक मिलान लोड के साथ समाप्त हो जाते हैं जहां बिजली अवशोषित होती है। ये भार सामान्यतः माइक्रोवेव शोषक सामग्री का एक पच्चर के आकार का टुकड़ा होता है। एक और, अधिक कॉम्पैक्ट, अवशोषण फ़िल्टर का डिज़ाइन एक हानिपूर्ण डाइलेक्ट्रिक प्रतिध्वनित यंत्र का उपयोग करता है।

फ़िल्टर जैसे उपकरण

फिल्टर के कई अनुप्रयोग हैं जिनके डिजाइन उद्देश्य कुछ निश्चित आवृत्तियों को अस्वीकार करने या पारित करने के अलावा कुछ और हैं। सामान्यतः, एक साधारण उपकरण जिसका उद्देश्य केवल एक संकीर्ण बैंड या केवल एक स्पॉट आवृत्ति पर काम करना होता है, वह फ़िल्टर डिज़ाइन के समान नहीं दिखेगा। चूंकि, एक ही आइटम के लिए एक ब्रॉडबैंड डिज़ाइन के लिए कई और तत्वों की आवश्यकता होती है और डिज़ाइन एक फ़िल्टर की प्रकृति पर आधारित होता है। वेवगाइड में इस तरह के अधिक सामान्य अनुप्रयोगों में प्रतिबाधा मिलान नेटवर्क, दिशात्मक कप्लर्स, पावर डिवाइडर, पावर कॉम्बिनर और डिप्लेक्सर हैं। अन्य संभावित अनुप्रयोगों में मल्टीप्लेक्सर्स, डीमल्टीप्लेक्सर्स, नकारात्मक-प्रतिरोध एम्पलीफायरों और समय-विलंब नेटवर्क विद्यमान हैं।

प्रतिबाधा मिलान

चित्रा 13. एक ऑर्थोमोड ट्रांसड्यूसर (डुप्लेक्सर की एक किस्म) जिसमें स्टेप्ड प्रतिबाधा मिलान विद्यमान है

प्रतिबाधा मिलान का एक सरल तरीका एकल ठूंठ के साथ ठूंठ मिलान है। चूंकि, एक एकल स्टब केवल एक विशेष आवृत्ति पर एक पूर्ण मिलान का उत्पादन करेगा। इसलिए यह तकनीक केवल संकीर्ण बैंड अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त है। बैंडविड्थ को चौड़ा करने के लिए कई स्टब्स का उपयोग किया जा सकता है, और संरचना तब एक स्टब फिल्टर का रूप ले लेती है। डिज़ाइन आगे बढ़ता है जैसे कि यह एक फ़िल्टर था सिवाय इसके कि एक अलग पैरामीटर अनुकूलित किया गया हो। आवृत्ति फ़िल्टर में सामान्यतः अनुकूलित पैरामीटर स्टॉपबैंड अस्वीकृति, पासबैंड क्षीणन, संक्रमण की स्थिरता, या इनके बीच कुछ समझौता होता है। एक मिलान नेटवर्क में प्रतिबाधा मिलान अनुकूलित पैरामीटर है। डिवाइस के कार्य को बैंडविड्थ के प्रतिबंध की आवश्यकता नहीं है, लेकिन फिर भी डिज़ाइनर को डिवाइस की संरचना के कारण बैंडविड्थ चुनने के लिए मजबूर होना पड़ता है।

स्टब्स फिल्टर का एकमात्र प्रारूप नहीं है जिसका उपयोग किया जा सकता है। सिद्धांत रूप में, किसी भी फिल्टर संरचना को प्रतिबाधा मिलान पर लागू किया जा सकता है, लेकिन कुछ के परिणामस्वरूप दूसरों की तुलना में अधिक व्यावहारिक डिजाइन होंगे। वेवगाइड में प्रतिबाधा मिलान के लिए उपयोग किया जाने वाला एक लगातार प्रारूप चरणबद्ध प्रतिबाधा फ़िल्टर है। चित्र 13 में चित्रित द्वैध ^[e] में एक उदाहरण देखा जा सकता है।

दिशात्मक युग्मक और शक्ति संयोजक

चित्र 14. एक बहु-छेद वेवगाइड कपलर

डायरेक्शनल कप्लर्स, पावर स्प्लिटर्स, और पावर कॉम्बिनर्स सभी अनिवार्य रूप से एक ही प्रकार के डिवाइस हैं, कम से कम जब निष्क्रिय घटकों के साथ लागू किया जाता है। एक दिशात्मक युग्मक मुख्य लाइन से तीसरे बंदरगाह तक बिजली की एक छोटी मात्रा को विभाजित करता है। एक अधिक मजबूती से युग्मित, लेकिन अन्यथा समान, डिवाइस को पावर स्प्लिटर कहा जा सकता है। एक जो जोड़ों को तीसरे बंदरगाह (3 डीबी कपलर) के लिए बिल्कुल आधा शक्ति देता है वह बंदरगाहों के कार्यों को उलट किए बिना प्राप्त करने योग्य अधिकतम युग्मन है। पावर स्प्लिटर के कई डिज़ाइनों को रिवर्स में उपयोग किया जा सकता है, जिसके बाद वे पावर कॉम्बिनर बन जाते हैं।

दिशात्मक युग्मक का एक सरल रूप दो समानांतर संचरण लाइनें हैं जो एक λ / 4 विद्युत लंबाई में एक साथ मिलती हैं। यह डिज़ाइन सीमित है क्योंकि युग्मक की विद्युत लंबाई केवल एक विशिष्ट आवृत्ति पर /4 होगी। इस आवृत्ति पर युग्मन अधिकतम होगा और दोनों तरफ गिर जाएगा। प्रतिबाधा मिलान मामले के समान, इसे कई तत्वों का उपयोग करके सुधारा जा सकता है, जिसके परिणामस्वरूप एक फिल्टर जैसी संरचना होती है। इस युग्मित लाइनों के दृष्टिकोण का एक वेवगाइड एनालॉग बेथे-होल दिशात्मक युग्मक है जिसमें दो समानांतर वेवगाइड एक दूसरे के ऊपर खड़ी होती हैं और युग्मन के लिए एक छेद होता है। एक वाइडबैंड डिज़ाइन तैयार करने के लिए, गाइड के साथ कई छेदों का उपयोग किया जाता है जैसा कि चित्र 14 में दिखाया गया है और एक फ़िल्टर डिज़ाइन लागू किया गया है। यह केवल युग्मित-लाइन डिज़ाइन नहीं है जो संकीर्ण बैंड होने से ग्रस्त है, वेवगाइड कपलर के सभी सरल डिजाइन किसी न किसी तरह से आवृत्ति पर निर्भर करते हैं। उदाहरण के लिए रैट-रेस कपलर (जिसे सीधे वेवगाइड में लागू किया जा सकता है) एक पूरी तरह से अलग सिद्धांत पर काम करता है लेकिन फिर भी λ के संदर्भ में कुछ निश्चित लंबाई के सटीक होने पर निर्भर करता है।

डिप्लेक्सर्स और डुप्लेक्सर्स

एक डिप्लेक्सर एक उपकरण है जिसका उपयोग विभिन्न आवृत्ति बैंडों पर कब्जा करने वाले दो संकेतों को एक सिग्नल में संयोजित करने के लिए किया जाता है। यह सामान्यतः एक ही संचार चैनल पर दो संकेतों को एक साथ प्रसारित करने में सक्षम बनाता है, या दूसरे पर प्राप्त करते समय एक आवृत्ति पर संचारण की अनुमति देता है। (डिप्लेक्सर के इस विशिष्ट उपयोग को डुप्लेक्सर कहा जाता है।) चैनल के दूर छोर पर फिर से संकेतों को अलग करने के लिए उसी उपकरण का उपयोग किया जा सकता है। प्राप्त करते समय संकेतों को अलग करने के लिए फ़िल्टरिंग की आवश्यकता काफी स्पष्ट है लेकिन दो प्रेषित संकेतों के संयोजन के दौरान भी इसकी आवश्यकता होती है। फ़िल्टर किए बिना, स्रोत A से कुछ शक्ति संयुक्त आउटपुट के स्थान पर स्रोत B की ओर भेजी जाएगी। यह इनपुट पावर के एक भाग को खोने और स्रोत बी के आउटपुट प्रतिबाधा के साथ स्रोत ए को लोड करने के हानिकारक प्रभाव डालेगा जिससे बेमेल हो जाएगा। 3 डीबी डायरेक्शनल कपलर के उपयोग से इन समस्याओं को दूर किया जा सकता है, लेकिन जैसा कि पिछले खंड में बताया गया है, एक वाइडबैंड डिज़ाइन के लिए डायरेक्शनल कप्लर्स के लिए भी एक फ़िल्टर डिज़ाइन की आवश्यकता होती है।

दो उपयुक्त बैंड-पास फिल्टर के आउटपुट को एक साथ जोड़कर दो व्यापक रूप से दूरी वाले नैरोबैंड सिग्नल को डिप्लेक्स किया जा सकता है। प्रतिध्वनि होने पर फिल्टर को एक दूसरे से जोड़ने से रोकने के लिए कदम उठाने की जरूरत है जो उनके प्रदर्शन में गिरावट का कारण बनेगा। यह उचित अंतराल द्वारा प्राप्त किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, यदि फिल्टर आईरिस-युग्मित प्रकार के हैं तो फिल्टर ए के फिल्टर जंक्शन के निकटतम आईरिस को जंक्शन से λgb/4 रखा जाता है। जहां gb फिल्टर बी के पासबैंड में गाइड तरंगदैर्ध्य है। इसी तरह, फिल्टर बी के निकटतम आईरिस को जंक्शन से λga/4 रखा गया है। यह काम करता है क्योंकि जब फिल्टर ए प्रतिध्वनि पर होता है, तो फिल्टर बी अपने स्टॉपबैंड में होता है और केवल शिथिल युग्मित होता है और इसके विपरीत एक वैकल्पिक व्यवस्था यह है कि प्रत्येक फ़िल्टर को अलग-अलग जंक्शनों पर एक मुख्य वेवगाइड से जोड़ा जाए। प्रत्येक फिल्टर के जंक्शन से g/4 एक डिकूपिंग प्रतिध्वनित यंत्र रखा जाता है। यह एक शॉर्ट-परिपथ स्टब के रूप में हो सकता है जो उस फिल्टर की प्रतिध्वनिक आवृत्ति से जुड़ा होता है। इस व्यवस्था को किसी भी संख्या में बैंड वाले मल्टीप्लेक्सर्स तक बढ़ाया जा सकता है।

सन्निहित पासबैंड के साथ काम करने वाले डिप्लेक्सर्स के लिए डिजाइन में फिल्टर की क्रॉसओवर विशेषताओं के उचित खाते पर विचार करने की आवश्यकता है। इसका एक विशेष रूप से सामान्य मामला है जहां पूरे स्पेक्ट्रम को निम्न और उच्च बैंड में विभाजित करने के लिए डिप्लेक्सर का उपयोग किया जाता है। यहां बैंड-पास फिल्टर की जगह लो-पास और हाई-पास फिल्टर का इस्तेमाल किया जाता है। यहां इस्तेमाल की जाने वाली संश्लेषण योजनाओंको समान रूप से नैरोबैंड मल्टीप्लेक्सर्स पर लागू किया जा सकता है और बड़े पैमाने पर प्रतिध्वनित यंत्र्स को डिकूप करने की आवश्यकता को दूर किया जा सकता है।।

दिशात्मक फिल्टर

चित्रा 15. सर्कुलर वेवगाइड आईरिस दिखाने के लिए एक वेवगाइड दिशात्मक फ़िल्टर काट दिया गया

एक दिशात्मक फ़िल्टर एक उपकरण है जो एक दिशात्मक युग्मक और एक द्विगुणित के कार्यों को जोड़ता है। चूंकि यह एक दिशात्मक युग्मक पर आधारित है, यह अनिवार्य रूप से एक चार-पोर्ट डिवाइस है, लेकिन दिशात्मक कप्लर्स के समान, पोर्ट 4 सामान्यतः आंतरिक रूप से स्थायी रूप से समाप्त हो जाता है। पोर्ट 1 में प्रवेश करने वाली शक्ति कुछ फ़िल्टरिंग फ़ंक्शन (सामान्यतः बैंड-पास) के अधीन होने के बाद पोर्ट 3 से बाहर निकलती है। शेष शक्ति पोर्ट 2 से बाहर निकलती है, और चूंकि कोई भी शक्ति अवशोषित या परिलक्षित नहीं होती है, यह पोर्ट 2 पर फ़िल्टरिंग फ़ंक्शन का सटीक पूरक होगा, इस मामले में बैंड-स्टॉप। रिवर्स में, पोर्ट 2 और 3 में प्रवेश करने वाली शक्ति को पोर्ट 1 पर संयोजित किया जाता है। लेकिन अब फिल्टर द्वारा अस्वीकृत संकेतों की शक्ति पोर्ट 4 पर लोड में अवशोषित हो जाती है। चित्र 15 एक दिशात्मक फिल्टर के एक संभावित वेवगाइड कार्यान्वयन को दर्शाता है। प्रमुख TE₁₀ मोड में काम करने वाले दो आयताकार वेवगाइड चार पोर्ट प्रदान करते हैं। ये सर्कुलर TE₁₁ मोड में काम कर रहे एक सर्कुलर वेवगाइड द्वारा आपस में जुड़े हुए हैं। सर्कुलर वेवगाइड में एक आईरिस युग्मित फ़िल्टर होता है जिसमें आवश्यक फ़िल्टर प्रतिक्रिया उत्पन्न करने के लिए जितनी आवश्यकता हो उतनी आईरिस होती है।

शब्दावली

^ aperture

वेवगाइड की दीवार में एक उद्घाटन या वेवगाइड के वर्गों के बीच बाधा जिसके माध्यम से विद्युत चुम्बकीय विकिरण फैल सकता है।

^ ^{a b} विशेषता प्रतिबाधा

Characteristic impedance, symbol Z₀, of a waveguide for a particular mode is defined as the ratio of the transverse electric field to the transverse magnetic field of a wave travelling in one direction down the guide. The characteristic impedance for air filled waveguide is given by,

$Z_{0}=\left\{{\begin{matrix}Z_{\mathrm {f} }{\dfrac {\lambda _{\mathrm {g} }}{\lambda }}&{\text{(TE mode)}}\\\\Z_{\mathrm {f} }{\dfrac {\lambda }{\lambda _{\mathrm {g} }}}&{\text{(TM mode)}}\end{matrix}}\right.$

where Z_f is the impedance of free space, approximately 377 Ω, λ_g is the guide wavelength, and λ is the wavelength when unrestricted by the guide. For a dielectric filled waveguide, the expression must be divided by √κ, where κ is the dielectric constant of the material, and λ replaced by the unrestricted wavelength in the dielectric medium. In some treatments what is called characteristic impedance here is called the wave impedance, and characteristic impedance is defined as proportional to it by some constant.

^ ^{c d e} diplexer, duplexer

एक डिप्लेक्सर अलग-अलग पासबैंड पर कब्जा करने वाले दो संकेतों को जोड़ता है या अलग करता है। एक डुप्लेक्सर विपरीत दिशाओं में यात्रा करने वाले दो संकेतों को जोड़ता है या विभाजित करता है, या अलग-अलग ध्रुवीकरण (जो अलग-अलग पासबैंड में भी हो सकता है)।

^ E-plane

ई-प्लेन वह विमान है जो अनुप्रस्थ विद्युत क्षेत्र की दिशा में स्थित है, अर्थात गाइड के साथ लंबवत है।

^ गाइड तरंग दैर्ध्य

{{{content}}}

</गणित> जहां तरंगदैर्घ्य है, यदि गाइड द्वारा अप्रतिबंधित होता तो तरंग होती। गाइड के लिए जो केवल हवा से भरे हुए हैं, यह वही होगा, सभी व्यावहारिक उद्देश्यों के लिए, प्रेषित आवृत्ति के लिए मुक्त स्थान तरंगदैर्ध्य के रूप में, एफ।}}

^ एच-प्लेन

एच-प्लेन अनुप्रस्थ चुंबकीय क्षेत्र (एच चुंबकीय क्षेत्र की ताकत के लिए विश्लेषण प्रतीक होने के नाते) की दिशा में झूठ बोलने वाला विमान है, यानी गाइड के साथ क्षैतिज रूप से।

^ ^{i j} लम्बाई चौड़ाई

एक आयताकार गाइड में, ये क्रमशः इसके क्रॉस-सेक्शन के छोटे और बड़े आंतरिक आयामों को संदर्भित करते हैं। प्रमुख मोड के ई-क्षेत्र का ध्रुवीकरण ऊंचाई के समानांतर है।

^ आँख की पुतली

आमतौर पर बड़े, एपर्चर के साथ वेवगाइड में ट्रांसवर्सली फिट की जाने वाली एक कंडक्टिंग प्लेट।

^ सिंगल टर्मिनेटेड, डबल टर्मिनेटेड

एक डबल टर्मिनेटेड फिल्टर (सामान्य मामला) वह है जहां जनरेटर और लोड, क्रमशः इनपुट और आउटपुट पोर्ट से जुड़े होते हैं, फिल्टर विशेषता प्रतिबाधा से मेल खाने वाली बाधाएं होती हैं। एकल टर्मिनेटेड फ़िल्टर का मिलान लोड होता है, लेकिन या तो कम प्रतिबाधा वोल्टेज स्रोत या उच्च प्रतिबाधा वर्तमान स्रोत द्वारा संचालित होता है।

^ टीईएम मोड

अनुप्रस्थ विद्युत चुम्बकीय मोड, एक संचरण मोड जहां सभी विद्युत क्षेत्र और सभी चुंबकीय क्षेत्र विद्युत चुम्बकीय तरंग की यात्रा की दिशा के लंबवत होते हैं। कंडक्टरों के जोड़े में संचरण का यह सामान्य तरीका है।

^ टीई मोड

अनुप्रस्थ विद्युत मोड, कई मोडों में से एक जिसमें सभी विद्युत क्षेत्र, लेकिन सभी चुंबकीय क्षेत्र विद्युत चुम्बकीय तरंग की यात्रा की दिशा के लंबवत नहीं हैं। उन्हें कुछ स्रोतों में एच मोड नामित किया गया है क्योंकि इन मोड में अनुदैर्ध्य चुंबकीय घटक होता है। पहला सूचकांक वेवगाइड की चौड़ाई में क्षेत्र के आधे तरंग दैर्ध्य की संख्या को इंगित करता है, और दूसरा सूचकांक ऊंचाई में आधे तरंग दैर्ध्य की संख्या को इंगित करता है। ठीक से, सूचकांकों को अल्पविराम से अलग किया जाना चाहिए, लेकिन आमतौर पर उन्हें एक साथ चलाया जाता है, क्योंकि दोहरे अंकों में बहुलक संख्याओं पर शायद ही कभी विचार करने की आवश्यकता होती है। इस आलेख में विशेष रूप से उल्लिखित कुछ तरीके नीचे सूचीबद्ध हैं। सभी मोड आयताकार वेवगाइड के लिए हैं जब तक कि अन्यथा न कहा गया हो।

          ^ TE₀₁ साधन

गाइड की ऊंचाई के पार विद्युत क्षेत्र की एक अर्ध-लहर और गाइड की चौड़ाई में एक समान विद्युत क्षेत्र (शून्य अर्ध-तरंगें) के साथ एक विधा।

          ^ TE₁₀ साधन

एक मोड जिसमें गाइड की चौड़ाई में विद्युत क्षेत्र की एक अर्ध-लहर और गाइड की ऊंचाई पर एकसमान विद्युत क्षेत्र होता है।

          ^ TE₂₀ साधन

गाइड की चौड़ाई में विद्युत क्षेत्र की दो अर्ध-तरंगों वाला एक मोड और गाइड की ऊंचाई पर एकसमान विद्युत क्षेत्र।

          ^ TE₁₁ परिपत्र मोड

गाइड की परिधि के चारों ओर विद्युत क्षेत्र की एक पूर्ण-तरंग और त्रिज्या के साथ विद्युत क्षेत्र की एक अर्ध-तरंग वाला एक मोड।

^ टीएम मोड

अनुप्रस्थ चुंबकीय मोड, कई मोडों में से एक जिसमें सभी चुंबकीय क्षेत्र, लेकिन सभी विद्युत क्षेत्र नहीं, विद्युत चुम्बकीय तरंग की यात्रा की दिशा के लंबवत होते हैं। उन्हें कुछ स्रोतों में ई मोड नामित किया गया है क्योंकि इन मोड में एक अनुदैर्ध्य विद्युत घटक होता है। सूचकांकों के अर्थ के विवरण के लिए TE मोड देखें। इस आलेख में विशेष रूप से उल्लिखित कुछ तरीके हैं:

          ^ TM₁₁ साधन

गाइड की चौड़ाई में चुंबकीय क्षेत्र की एक अर्ध-लहर और गाइड की ऊंचाई के पार चुंबकीय क्षेत्र की एक अर्ध-लहर के साथ एक विधा। यह सबसे कम TM मोड है, since TM_m0 modes cannot exist.

          ^ TM₀₁ circular mode

गाइड की परिधि के चारों ओर एकसमान चुंबकीय क्षेत्र और त्रिज्या के साथ चुंबकीय क्षेत्र की एक अर्ध-लहर वाली विधा।

^ ^{o p} संचरण लाइन

एक ट्रांसमिशन लाइन एक सिग्नल ट्रांसमिशन माध्यम है जिसमें एक दूसरे से अलग विद्युत कंडक्टरों की एक जोड़ी होती है, या एक कंडक्टर और एक सामान्य वापसी पथ होता है। कुछ उपचारों में वेवगाइड को ट्रांसमिशन लाइनों के वर्ग के भीतर माना जाता है, जिसके साथ उनमें बहुत कुछ समान होता है। इस लेख में वेवगाइड्स को शामिल नहीं किया गया है ताकि दो प्रकार के माध्यमों को अधिक आसानी से पहचाना और संदर्भित किया जा सके।

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