حاسبة فتحات الخط

تُعد خطوط النقل ذات الشق (Slotline) مكونًا أساسيًا في تصميمات الموجات الصغرية والترددات الراديوية، حيث تقدم مزايا فريدة مثل الحجم الصغير وسهولة التكامل مع الدوائر المسطحة. تدعم هذه الخطوط انتشار الموجات الكهرومغناطيسية في شق محفور في مستوى التأريض، حيث يكون المجال الكهربائي محصورًا.

الخلفية التاريخية

تم تقديم مفهوم خطوط النقل ذات الشق في الستينيات كجزء من التطور في تصميم دوائر الموجات الصغرية. وقد تم تحفيز تطويرها بالحاجة إلى خطوط نقل مسطحة مدمجة يمكن تصنيعها بسهولة باستخدام تقنية لوحة الدوائر المطبوعة القياسية.

صيغة الحساب

يتم حساب الثابت العازل الفعال (εeff) وطول الموجة الموجّه (λg) لخط النقل ذي الشق على النحو التالي:

• الثابت العازل الفعال (εeff): يتم حسابه باستخدام الصيغة \(ε_{eff} = \frac{ε_r + 1}{2}\)، حيث \(ε_r\) هو الثابت العازل النسبي للركيزة.

• طول الموجة الموجّه (λg): يتم تحديد طول الموجة الموجّه في خط النقل ذي الشق باستخدام \(λ_g = \frac{λ_0}{\sqrt{ε_{eff}}}\)، حيث \(λ_0\) هو طول الموجة في الفراغ و \(ε_{eff}\) هو الثابت العازل الفعال.

مثال على الحساب

بافتراض ثابت عازل نسبي \(ε_r = 4.6\) وتردد تشغيل \(f = 10\) GHz، يتم حساب الثابت العازل الفعال \(ε_{eff}\) وطول الموجة الموجّه \(λ_g\) على النحو التالي:

• \(ε_{eff} = \frac{4.6 + 1}{2} = 2.8\)
• مع \(f = 10\) GHz، يكون طول الموجة في الفراغ \(λ_0 = \frac{3 \times 10^8}{10 \times 10^9} = 0.03\) m. لذلك، \(λ_g = \frac{0.03}{\sqrt{2.8}} ≈ 0.018\) m أو 18 mm.

الأهمية وسيناريوهات الاستخدام

يُعد خط النقل ذو الشق مفيدًا بشكل خاص في التطبيقات التي تتطلب مكونات موجات صغرية مدمجة ومسطحة. ويجد تطبيقاته في دوائر الموجات الصغرية المتكاملة، والهوائيات، ومكونات الترددات الراديوية المختلفة. وتجعله خصائصه الانتشارية الفريدة مناسبًا لوظائف محددة مثل المرشحات، والقابضات، والانتقالات بين أنواع مختلفة من خطوط النقل.

الأسئلة الشائعة

1. ما الذي يميز خط النقل ذي الشق عن الميكروستريب أو ستريب لاين؟

   • يتميز خط النقل ذو الشق بنمط مميز للانتشار مع تركيز المجال الكهربائي في الشق، على عكس الميكروستريب أو ستريب لاين حيث يكون المجال موجودًا بشكل أساسي في الركيزة العازلة.

2. كيف يؤثر الثابت العازل على أداء خط النقل ذي الشق؟

   • يؤثر الثابت العازل على الثابت العازل الفعال وطول الموجة الموجّه، مما يؤثر على معاوقة الخط وخصائص الانتشار.

3. هل يمكن استخدام خط النقل ذي الشق عند أي تردد؟

   • على الرغم من إمكانية استخدام خط النقل ذي الشق عبر نطاق واسع من ترددات الموجات الصغرية، إلا أن أدائه ومدى ملائمته يعتمدان على مادة الركيزة، والأبعاد، ومتطلبات التطبيق المحددة.