1 Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

2 Struktury (linie) transmisyjne wielkich częstotliwościprof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Politechnika Warszawska Instytut Systemów Elektronicznych ul. Nowowiejska 15/19, Warszawa tel: (48-22) fax: (48-22) Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

3 Najczęściej stosowane struktury (linie) transmisyjneLinie TEM Struktury (linie) planarne Falowody metalowe i dielektryczne Linia współosiowa Symetryczna linia paskowa Linia symetryczna ekranowana Drut nad płaszczyzną przewodzącą Linia mikropaskowa Linia szczelinowa Falowód koplanarny Koplanarne paski Falowód metalowy prostokątny Falowód metalowy kołowy Linia płetwowa Falowód dielektryczny Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

4 Parametry linii transmisyjnycha) Rozkład pola elektromagnetycznego b) Impedancja falowa Dla linii TEM: Impedancja właściwa ośrodka wypełniającego linię Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

5 Parametry linii transmisyjnych c.d.c) Impedancja charakterystyczna Dla linii TEM: Ten sam wynik ! Z0 na „bazie” (U,P): Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

6 Parametry linii c.d. λg = v/fd) Współczynnik fazy, stała fazowa (szybkość zmian fazy fali wzdłuż linii): Dla linii TEM λg = v/f v = c/ Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

7 Parametry linii c.d. e) Współczynnik (stała) tłumienia:PLc i PLd to odpowiednio, średnie po czasie za okres moce strat przypadające na jednostkę długości linii, związane z prądem przewodnictwa w metalowych ściankach i z prądem przesunięcia w ośrodku dielektrycznym linii, a P - całkowita moc przenoszona przez rozchodzącą się w linii falę elektromagnetyczną Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

8 Parametry linii c.d. Straty przewodnictwa: Głębokość wnikania:Straty dielektryczne: Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

9 Współczynnik tłumienia w dB/jednostka długości linii:Współczynnik tłumienia w dB/jednostka długości linii: Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

10 Konduktywność i głębokość wnikania dla metali stosowanych w TWCZProf. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

11 Parametry materiałów dielektrycznych stosowanych w technice WCZProf. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

12 Linia współosiowa Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

13 Impedancja charakterystyczna:Współczynnik strat przewodnictwa: Współczynnik strat dielektrycznych: Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

14 Falowodowe rodzaje pola EM w linii współosiowejProf. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

15 Standardy linii koncentrycznych: Złącze APC7 do częstotliwości 12 GHz, złącze K (o średnicy zewnętrznej 2,92 mm) firmy Wiltron, do częstotliwości 40 GHz. złącza typu APC2.4 na zakres częstotliwości do 50 GHz, złącze typu V (Wiltron, średnica zewnętrzna 1.85 mm) do częstotliwości 67 GHz. złącza typu SMA o średnicy przewodu zewnętrznego 4.1 mm, do 26.5 GHz. Wszystkie wymienione powyżej standardowe złącza współosiowe mają impedancję charakterystyczną Z0 = 50 Ω. Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

16 Linia TEM w postaci dwóch równoległych metalowych paskówProf. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

17 Symetryczna linia paskowaK – funkcja eliptyczna pierwszego rodzaju Częstotliwość odcięcia najniższego rodzaju falowodowego: Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

18 Linia mikropaskowa HMUS – hybrydowe mikrofalowe układy scalone,MMUS – monolityczne mikrofalowe układy scalone Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

19 Rozkład pola EM w linii mikropaskowej z ekranem metalowymProf. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

20 Efekty dyspersji częstotliwościowej w linii mikropaskowejCzęstotliwość odcięcia najniższego rodzaju falowodowego: Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

21 Warianty linii mikropaskowejekranowana odwrócona odwrócona zamknięta podwieszona Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

22 Zakresy realizowanych wartości impedancji charakterystycznych linii:-        linia mikropaskowa - Z0 = ( ) Ω -        odwrócona linia mikropaskowa - Z0 = ( ) Ω, -        odwrócona zamknięta linia mikropaskowa - Z0 = ( ) Ω, -        podwieszona linia mikropaskowa - Z0 = ( ) Ω. Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

23 Linia szczelinowa MMUS – monolityczne mikrofalowe układy scaloneProf. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

24 Rozkład pola EM w linii szczelinowejProf. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

25 Impedancja charakterystyczna:Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

26 Parametry linii szczelinowej na podłożu Al2O3Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

27 Topografia (layout) linii szczelinowej z szeregowym strojnikiem zwartym na końcuProf. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

28 Falowód koplanarny MMUS – monolityczne mikrofalowe układy scalonek = s/(s + 2w) MMUS – monolityczne mikrofalowe układy scalone Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

29 Koplanarne paski K = s/(s+2w)Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

30 Rozkład pola EM w koplanarnych paskachProf. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

31 Falowody metalowe MetalProf. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

32 Parametry falowodów Stała fazowa: Długość fali w falowodzie:fC – częstotliwość odcięcia danego rodzaju Impedancja falowa wolnej przestrzeni: Impedancja falowa nieograniczonego ośrodka: Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

33 Impedancja falowa rodzajów TE: Impedancja falowa rodzajów TM:Prędkość fazowa: Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

34 Metalowy falowód prostokątnyCzęstotliwości odcięcia rodzajów TEmn i TMmn Częstotliwość odcięcia rodzaju podstawowego – H`10 (TE10): Częstotliwość odcięcia rodzaju H20: Zakres pracy falowodu: Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

35 Parametry kilku znormalizowanych metalowych falowodów prostokątnychOznaczenie pasma czestotliwości Wymiary poprzeczne a x b [mm] Częstotliwość odcięcia rodzaju H10 [GHz] Zalecany zakres częstoliwości dla rodzaju L S X Ku K Ka 165.1 x 82.55 72.14 x 34.04 22.86 x 10.16 15.80 x 7.90 10.67 x 4.32 7.11 x 3.555 0.908 2.078 6.557 9.486 14.047 21.081 26.50 – 40.00 Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

36 Rozkłady pól EM w falowodzie metalowymRodzaj podstawowy H10 Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

37 W przypadku a/b = 2,25 kolejność rodzajów fal EM w falowodzie prostokątnym, uporządkowanych wg. wzrastającej częstotliwości granicznej: TE10, TE20, TE01, TE11 i TM11, TE12 i TM12, TE21 i TM21 itd Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

38 Pobudzanie metalowego falowodu prostokątnegoProf. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

39 Metalowy falowód grzbietowyProf. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

40 Rozkłady pól EM w metalowym falowodzie kołowymRodzaj podstawowy H11 Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

41 Cżęstotliwości odcięcia rodzajów TEmn:qnm oznacza m-te zero pochodnej funkcji Bessela n-tego rzędu, tzn. J'(qnm) = 0; b – promień falowodu. Częstotliwości odcięcia rodzajów TMmn: pnm oznacza m-te zero funkcji Bessela n-tego rzędu, tzn. Jn(pnm) = 0 b – promień falowodu Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

42 Funkcje Bessela Rodzaj podstawowy TE11Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

43 Linia płetwowa Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

44 Przejście falowód „pusty” – linia płetwowaIMPEDANCJI Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

45 Otwarte falowody dielektryczneotwarty Izolowany zwierciadlany zwierciadlany zamknięty zwierciadlany Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska