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

2 Obwody rezonansowe WCZ prof. dr hab. Janusz A. DobrowolskiPolitechnika 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 Wnęka rezonansowa i jej obwody zastępczeCzęstotliwość rezonansowa: Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

4 Dla obwodu równoległego:Dobroć Q: Dla obwodu równoległego: Dla obwodu szeregowego: Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

5 Impedancja wejściowa obwodu szeregowego rLCZwe │Zwe│ Moduł impedancji Szerokość pasma 3 dB Częstotliwość rezonansowa Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

6 Impedancja wejściowa obwodu równoległego RLCZ=1/Y │Zwe│ Moduł impedancji Szerokość pasma 3 dB Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

7 Dobroć obwodu rezonansowego obciążonego QL:Dobroć zewnętrzna rezonatora QZ : Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

8 Model obwodowy rezonatora w postaci zwartego na obu końcach odcinka linii transmisyjnejProf. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

9 Metalowy rezonator prostopadłościennyl = p λg/2 Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

10 Dla falowodu metalowego prostokątnego, dla obu rodzajów fali elektromagnetycznej TEmn i TMmn : Częstotliwości rezonansowe: v – prędkość światła w ośrodku wypełniającym falowód Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

11 Rozkład pola E-M rodzaju TE101 w metalowym rezonatorze prostopadłościennymProf. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

12 Częstotliwości rezonansowe rezonansowych rozkładów pól EM w metalowych wnękach cylindrycznych: Rodzaje TEmnp Rodzaje TMmnp Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

13 Rozkłady pól E-H w metalowej wnęce cylindrycznejProf. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

14 Rozkład pola E-H w półfalowym rezonatorze współosiowymFala elektromagnetyczna TEM P = 1, l = λ/2 Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

15 Rezonator mikropaskowyRozwarcie Rozwarcie Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

16 Odcinek linii transmisyjnej jako obwód rezonansowyProf. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

17 Gdy wokół pewnej częstotliwości f0 impedancje dwóch obwodów są takie same i parametry nachylenia immitancji są takie same, lub to takie obwody są sobie równoważne (w okolicy częstotliwości f0) Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

18 Dla rozwartego na końcu odcinka linii transmisyjnej:Rozwinięcie wokół punktu βl = π/2 gdzie α – stała tłumienia, a β stała fazowa Dla szeregowego obwodu rLC o parametrach skupionych: Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

19 Równoważność obu obwodów, gdy:r = Z0 α l oraz Częstotliwość rezonansowa odpowiada długości fali rezonansowej Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

20 Dla zwartego na końcu odcinka linii transmisyjnej :Przy częstotliwości spełniającej warunek: β0 l = π/2 Dla równoległego obwodu RLC o parametrach skupionych: Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

21 Równoważność obwodów, gdy:G = 1/R = Y0 α l oraz Częstotliwość rezonansowa odpowiada warunkowi: Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

22 Cylindryczny rezonator dielektrycznyProf. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

23 Dla rodzaju rezonansowego TE01δPrzy warunkach: 0,5 < a/H <2 oraz 30 <εr < 50 a – promień, H – wysokość rezonatora tangens strat materiału dielektrycznego rezonatora Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

24 Parametry rezonatorów dielektrycznych z ceramiki wieloskładnikowej[ x 10-6 oC-1] Skład ceramiki Q dla 4 GHz Ba2Ti9O20 (Zr,Sn)TiO4 (Sr,Ca)[(Li,Nb),Ti]O3 BaTi4O9 (Ca,SR)(Ba,Zr)O3 3500 (9GHz) 40 34-37 39-46 38 29-32 +2 +220 +30-70 +15,+3 ±50 [10-6 = - temperaturowy współczynnik stałości częstotliwości rezonansowej Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

25 Mechaniczne przestrajanie rezonatora dielektrycznego; charakterystyki przestrajaniaProf. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

26 Rezonator dielektryczny sprzężony z linią mikropaskowąW rezonatorze dielektrycznymTEo1δ Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

27 Obwód zastępczy rezonatora dielektrycznego sprzężonego z linią transmisyjnąRD Z0 Cd Z Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

28 Impedancja wejściowa obwodu:Lm/Ld – zależy od d – odległości RD od metowego paska linii mikropaskowej Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

29 Rezonator YIG, a) układ z pętlą sprzęgającą b) obwód zastępczyH0 Pętla sprzęgająca Zwe γ = 2,8 MHz/Oe = 0,03519 MHz/A/m YIG Rl Ll Zwe C G L Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

30 Impedancja wejściowa:Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

31 Pasmowoprzepustowy układ transmisyjny z rezonatorem YIGProf. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

32 Układy sprzężeń rezonatorów ze „światem zewnętrznym”Przewodząca sonda (antenka) wprowadzona do obszaru rezonatora w miejscu zagęszczenia linii sił pola elektrycznego. Sonda ta jest pobudzana przez odpowiednią linię transmisyjną przesyłającą energię elektromagnetyczną do rezonatora. b) Wprowadzona do rezonatora metalowa pętla umieszczona w obszarze rezonatora, gdzie występuje pole magnetyczne. Powierzchnia tej pętli musi być prostopadła do linii sił pola magnetycznego występującego w tym obszarze rezonatora. c) Otwór w ściance metalowej wspólnej dla wnęki i linii transmisyjnej w takim miejscu, gdzie linie sił pola elektrycznego lub magnetycznego we wnęce będą zgodne z liniami sił pola w linii transmisyjnej doprowadzającej energię do wnęki. d) Strumień elektronów modulowany sygnałem o częstotliwości równej częstotliwości rezonansowej wnęki, przechodzącego przez obszar wnęki, w którym występuje pole elektryczne, w kierunku zgodnym z liniami sił pola elektrycznego. Przykładami takiego sprzężenia są klistronowe lampy mikrofalowe, wzmacniające i generacyjne [2]. e) Przyrząd półprzewodnikowy, np. dioda Gunna lub tranzystor, umieszczony w miejscu występowania we wnęce pola elektrycznego. f) Umieszczenie rezonatora otwartego, np. rezonatora dielektrycznego, w polu elektromagnetycznym linii transmisyjnej. Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

33 Układy sprzężeń rezonatorów ze „światem zewnętrznym”Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

34 Układy sprzężeń rezonatorów ze „światem zewnętrznym”Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska