Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

FALA PŁASKA LINIE DŁUGIE prof. dr hab. inż. Wojciech Czarczyński p.103, C2, tel.(320) 2572

Коpie: 1
FALA PŁASKA LINIE DŁUGIE prof. dr hab. inż. Wojciech Czarczyński p.103, C2, tel.(320) 2572

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "FALA PŁASKA LINIE DŁUGIE prof. dr hab. inż. Wojciech Czarczyński p.103, C2, tel.(320) 2572"— Zapis prezentacji:

1 FALA PŁASKA LINIE DŁUGIE prof. dr hab. inż. Wojciech Czarczyński p.103, C2, tel.(320) 2572

2 Literatura 1.J. A. Dobrowolski, Technika wielkich częstotliwości, Oficyna Wyd. P.W., Warszawa T. Morawski, W. Gwarek, Pola i fale elektromagnetyczne, WNT, Warszawa R. Litwin, M. Suski, Technika mikrofalowa, WNT Warszawa W. Czarczyński, Podstawy techniki mikrofalowej, Wyd. P.Wr. Wrocław J. Thuery, Microwaves, Industrial, Scientific and Medical Applications, Artech House Boston D. J. Bem, Radiodyfuzja satelitarna, WKiŁ, Warszawa 1990 Uwaga: żadna z podanych pozycji nie odpowiada zakresowi wykładu. Cztery pierwsze pozycje zawierają ogólne wiadomości z zakresu techniki mikrofalowej.

3 Ogólna charakterystyka mikrofal Zakres mikrofal (całkowicie umowny): 300 MHz do 300 GHz. Niezależnie od częstotliwości, jeżeli długość fali jest porównywalna z rozmiarami rozpatrywanego elementu lub od niego mniejsza, należy stosować metody określane jako technika mikrofalowa. Mikrofale obejmują około 95% wykorzystywanego zakresu fal elektromagnetycznych. Najważniejsze zastosowania: radiolokacja (w tym wszelkie detektory ruchu); radionawigacja (GPS, kontrola ruchu powietrznego); radiokomunikacja (satelitarna, naziemna i satelitarna); grzejnictwo (suszenie, termiczne procesy fizyczne i chemiczne, przemysł spożywczy, konserwacja zabytków, kuchnie mikrofalowe); transport; medycyna; fizyka (w tym akceleratory cząstek elementarnych, badania materiałowe); przemysł (spożywczy, mikroelektroniczny, tworzyw sztucznych, techniki plazmowe): radioastronomia; miernictwo:

4 Oznaczenia pasm mikrofalowych PasmoStare oznaczenia (powszechnie stosowane) Nowe oznaczenia (mało znane) MHzUHFC 1-2 GHzLD 2-4 GHzSE 3-4 GHzSF 4-6 GHzCG 6-8 GHzCH 8-10 GHzXI GHzXJ GHzKuJ GHzKJ GHzKK GHzKaK

5 Założenia i ograniczenia klasycznej teorii pola 1.Materia jest traktowana jako ośrodek ciągły. Pomijamy strukturę cząsteczkową. 2.Zależność wszystkich rozważanych wielkości od czasu jest określona. 3.W przestrzeni nie ma źródeł pola elektromagnetycznego. 4.Ośrodek wypełniający przestrzeń jest liniowy. Ośrodek Wpływ ośrodka na zachowanie się pola elektromagnetycznego określają zależności ε - przenikalność elektryczna μ - przenikalność magnetyczna σ - konduktywność Ośrodek jednorodny: ε, μ, σ nie zależą od współrzędnych punktu. Ośrodek liniowy: ε, μ, σ nie zależą od wielkości pól. Ośrodek dyspersyjny: ε, μ, σ zależą od częstotliwości. Ośrodek izotropowy: ε, μ, σ nie zależą od kierunku wektorów pól.

6 Zapis za pomocą funkcji zespolonych Wektorem zespolonym E nazywamy wektor, którego 3 składowe mogą być liczbami zespolonymi. Jest określony przez 2 wektory rzeczywiste Re(E) oraz Im(E) Moduł wektora zespolonego

7 Równania falowe w idealnym dielektryku (1) y x α rαrα r0r0 k k Rozpatrujemy falę płaską

8 Równania falowe w idealnym dielektryku (2) Dla fali płaskiej powierzchnia stałej fazy przesuwa się z prędkością v Uwaga: z równań Maxwella wynikają równania falowe ale nie każde równanie falowe Musi spełniać równania Maxwella. Równanie falowe będzie spełnione dla dowolnej funkcji, jeżeli Z podstawienia do równań Maxwella Pola elektryczne i magnetyczne fali płaskiej nie mają składowej w kierunku rozchodzenia się fali. Jest to fala TEM.

9 Równania falowe w idealnym dielektryku (3) W ośrodkach nieograniczonych i izotropowych dla fali płaskiej wynikają z równań Maxwella następujące zależności Impedancja falowa ośrodka W próżni

10 Fala płaska w rzeczywistym ośrodku jednorodnym. Równania falowe Helmholtza Stała propagacji Stała tłumieniaWspółczynnik fazowy

11 Współczynnik tłumienia i stała fazowa

12 x y 2πn2πn 2π(n+1) 2π(n+2) 2π(n+3) vxvx vyvy v Płaszczyzny ekwifazowe Warunek niezmienności fazy ze zmianą czasu i położenia Prędkość fazowa fali płaskiej

13 Prędkość grupowa Jeśliwtedy Jeśli ośrodek dyspersyjny

14 Kryterium klasyfikacji ośrodków próżnia dielektryki prąd przesunięcia } przewodnikiprąd przewodzeniaJ przewodniki dielektryki Cu < Hz Cu > Hz

15 Zwykle w przewodnikach mamy czyli Fala w przewodniku rzeczywistym Silne tłumienie powoduje płytkie wnikanie fali elektromagnetycznej. Miarą jest głębokość wnikania δ w, na której amplituda pola maleje e krotnie

16 Fala płaska na granicy dwóch ośrodków (1) Współczynnik odbicia

17 Fala w drugim ośrodku jest falą bieżącą, w pierwszym natomiast jest superpozycją fal w przeciwnych kierunkach. Jest to fala częściowo stojąca. Współczynnik fali stojącej : Fala płaska na granicy dwóch ośrodków (2) Współczynniki transmisji WFS zmienia się od 1 do ; współczynnik Γ zmienia się od –1 do +1.

18 Prowadzenie fal elektromagnetycznych 1. Fale TEME z = 0 Żadne z pól nie ma składowej w kierunku H z = 0 propagacji. 2. Fale TE (H) E z = 0Pole magnetyczne ma składową H z 0w kierunku propagacji. 3. Fale TM (E)E z 0 Pole elektryczne ma składową H z = 0 w kierunku propagacji. 4 Fale (EH)E z 0Oba pola mają składowe w kierunku H z 0propagacji.

19 Linie prowadzące fale TEM (1)

20 linia mikropaskowa Przykład linii mikropaskowej w MUS Wzmacniacz o małych szumach, 1-2 GHz, 50 dB, F N = 0.7 dB

21 Równania telegrafistów Linie prowadzące fale TEM (2)

22 Linie prowadzące fale TEM (3)

23 Linia współosiowa (1) Linie prowadzące fale TEM (4)

24 Linie prowadzące fale TEM (5) Linia współosiowa (2)

25 Linie prowadzące fale TEM (6) Linia paskowa symetryczna Jeżeli szerokość pasków jest znacznie większa od odległości między nimi, czyli w >>h. Dla wolnej przestrzeni (μ = μ 0, ε = ε 0 )

26 Mikrolinia - asymetryczna linia paskowa (1) Dla w/h < 1 mamy Dla w/h 1 Linie prowadzące fale TEM (7) ε

27 . Prędkość fazowa w mikrolinii Linie prowadzące fale TEM (8) Mikrolinia - asymetryczna linia paskowa( 2) Do wyznaczania długości fali w mikrolinii musimy stosować efektywną przenikalność elektryczną. Długość fali w linii mikropaskowej

28 Linia zakończona obciążeniem (1) W obwodowym ujęciu współczynnik odbicia jest definiowany jako stosunek prądu lub napięcia fali odbitej do prądu lub napięcia fali padającej Napięcie i prąd w odległości z od obciążenia Dla linii bezstratnej ( = 0) wzór ten uprości się do postaci

29 Szczególne przypadki obciążenia linii(1) 1. Linia zwarta Z k = 0 Czysta fala stojąca. 2. Linia rozwarta Z k = Czysta fala stojąca. 3. Linia obciążona czystą reaktancją Z k = jX Powstaje czysta fala stojąca.

30 Szczególne przypadki obciążenia linii(2) 4. Linia obciążona rezystancją, Z k = R k. a) b) 5. Linia dopasowana Z k = Z Dowolne obciążenie Z k = R k + jX k Co ¼ długości fali występują charakterystyczne punkty, w których współczynnik odbicia jest rzeczywisty, napięcie i prąd osiągają wartości ekstremalne, a impedancja wejściowa jest na przemian największa i najmniejsza.

31 Szczególne właściwości odcinków linii o długości λ/4 i λ/2 dla Z k = 0 (zwarcie ) mamy Z λ/4 = ; natomiast dla Z k = (rozwarcie) mamy Z λ/4 = 0. Impedancja wejściowa odcinka o długości λ/2 jest równa impedancji obciążenia.

32 Dławik uszczelniający drzwiczki kuchenki mikrofalowej, wykorzystujący właściwości ćwierć- i półfalowego odcinka linii.

33 Dopasowanie impedancji za pomocą odcinków linii

34 Wpływ dopasowania na moc wydzielaną w obciążeniu Generator dopasowany do linii bezstratnej (R g = Z 0 )dostarczy do obciążenia maksymalną moc, gdy Z k = Z 0. Wtedy

35 Przykład 1.1 Linia o długości λ/4 jest zakończona obciążeniem o impedancji 50+j100 Ω. Impedancja charakterystyczna linii wynosi 50 Ω. Znaleźć impedancję wejściową, współczynnik odbicia obciążenia oraz współczynnik fali stojącej.

36 Wykres Smitha (1) Wykres impedancji we współrzędnych biegunowych.

37 Wykres Smitha (2) Równania okręgów współrzędne środka promień współrzędne środkapromień a) b)

38 Przykład 1.2 Linia o długości λ/4 jest zakończona obciążeniem o impedancji 50+j100 Ω. Impedancja charakterystyczna linii wynosi 50 Ω. Posługując się wykresem Smitha znaleźć impedancję wejściową, współczynnik odbicia obciążenia oraz współczynnik fali stojącej. (To zadanie jako przykład 1.1 zostało poprzednio rozwiązane analitycznie.) Normalizujemy impedancję obciążenia π


Pobierz ppt "FALA PŁASKA LINIE DŁUGIE prof. dr hab. inż. Wojciech Czarczyński p.103, C2, tel.(320) 2572"

Podobne prezentacje


Reklamy Google