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

Struktury (linie) transmisyjne wielkich częstotliwości prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Politechnika Warszawska Instytut Systemów Elektronicznych ul. Nowowiejska 15/19, 00-665 Warszawa e-mail: JAD@ise.pw.edu.pl, tel: (48-22) 8253709 fax: (48-22) 8252300 Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

Najczęściej stosowane struktury (linie) transmisyjne Linie 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

Parametry linii transmisyjnych a) 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

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

Parametry linii c.d. λg = v/f d) 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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Zakresy realizowanych wartości impedancji charakterystycznych linii: -        linia mikropaskowa - Z0 = (20 - 125) Ω -        odwrócona linia mikropaskowa - Z0 = (25 - 130) Ω, -        odwrócona zamknięta linia mikropaskowa - Z0 = (30 - 140) Ω, -        podwieszona linia mikropaskowa - Z0 = (40 - 150) Ω. Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

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

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

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

Parametry linii szczelinowej na podłożu Al2O3 Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

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

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

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

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

Falowody metalowe Metal Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

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

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

Metalowy falowód prostokątny Częstotliwości 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

Parametry kilku znormalizowanych metalowych falowodów prostokątnych Oznaczenie 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 1.12 - 1.70 2.60 - 3.95 8.20 - 12.40 12.40 - 18.00 18.0 - 26.50 26.50 – 40.00 Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

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

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

Pobudzanie metalowego falowodu prostokątnego Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

Metalowy falowód grzbietowy Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

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

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

Funkcje Bessela Rodzaj podstawowy TE11 Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

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

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

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