Adattamenti: Considerazioni Generali

Dimensione: px

Iniziare la visualizzazioe della pagina:

Download "Adattamenti: Considerazioni Generali"

Roberta Di Gregorio
6 anni fa
Visualizzazioni

1 Adattamenti: Considerazioni Generali g ADATT in Assenza onda di potenza riflessa in g, out out Max trasferimento di potenza in * g *, out Proprietà: se la rete di adattamento è priva di perdite ( composta da elementi non dissipativi) allora in qualunque sua sezione x si deve avere adattamento coniugato * x x Ipotesi: impedenza del generatore reale e pari a quella di riferimento: g = R g = c.

2 Adattatore con inea λ/4 Osservazione: una linea di lunghezza λ/4 rappresenta un invertitore di impedenza: λ/4 in in 2 R g λ/4 in ~ jx = R + jx in R j 2 g g X X X X R g R * R Note: o stesso principio può essere applicato con le ammettenze. a reattanza (o suscettanza) può essere realizzata con componenti a costanti concentrate oppure con stub. utilizzo di imp. car. non standard può essere un problema. Y G g G g G, jb B G + + jb B

3 Adattamenti Adattatore a Singolo Stub Stub (in c.c. o c.a.) impiegati per realizzare una reattanza serie oppure una suscettanza parallelo. Ipotesi: generatore adattato alla linea (G G = Y c ) In condizioni d adattamento: Γ in = ( y in = 1) Osservazione: la rete permette, in sequenza: Uno spostamento a Γ= cost. (linea d) Uno spostamento a g= cost. (suscettanza b) y in = g B + j(b B + b) = g G = 1 Procedimento Si dimensiona d in modo da trasformare Γ in un punto sul cerchio g = g G. Si dimensiona b per trasformare nel punto Γ in. Si progetta lo stub che realizza la suscettanza b. Nota È possibile realizzare lo stesso adattatore in forma duale con una reattanza serie. g G A B d C Γ in jb Y c Γ y = g +jb deve appartenere al cerchio g= g G

4 ESEMPIO: g G A B d C jb x Adattamenti Singolo Stub Esempio/1 c = 5 Ω; G = c ; ε r = 4; f = 3 GHz; y = Y /Y c = j Y c.25+ +j.75 Γ I, 2βd ΓI,B Γ Determinaz. di Γ : Γ Cerchio Γ = Γ Cerchio g = g G = 1 Dimensionamento di d: z z 1 1 y y d Γ d 22f 2βd.337 Γ I.7314, r 4.2 mm c

5 Adattamenti Singolo Stub Esempio/2 g G A B d C jb x Y c.25+ +j.75 Γ I, 2βd ΓI,B Γ in Γ Γ Γ I,in =Γ in Cerchio Γ = Γ Cerchio g = g G Cerchio b = b B Dimensionamento di b x : B Γ 2βd I, B , B 1 b B y j2. 12 b x Γ y = y B +jb x = 1+j(b x )=1 b x = Dim. stub (es. in c.c.): mm x x 2 x c.c.

6 Adattatore a Doppio Stub Si utilizzano due stub (chiusi in c.c. o c.a.) separati da un tratto di linea di lunghezza d fissata per realizzare due suscettanze parallelo. 1 A B d C jb 1 Y c D jb 2 y = g +jb Γ in Γ C Γ Ipotesi: generatore adattato alla linea In condizioni d adattamento: Γ in = (y in = 1) Osservazione: la rete permette, in sequenza, a partire dal carico: Un primo spostamento a g= cost. (suscettanza b 2 ) Uno spostamento a Γ= cost. (linea d) Un secondo spostamento a g= cost. (suscettanza b 1 ) y in = g B + j(b B + b 1 ) = 1 deve appartenere al cerchio g= 1 lo spostamento a d costante deve trasformare Γ C in un punto sul cerchio g= 1 Γ viene trasformato in Γ C attraverso uno spostamento sul cerchio g= g

7 Adattatore a Doppio Stub - Procedimento Γ C deve appartenere nello stesso tempo: Al cerchio g= g sul quale ci si muove tramite la suscettanza b 2. Al luogo dei punti del cerchio g= 1 ruotato in senso antiorario (verso il carico) di 2βd (la scelta usuale per d è3/8 ). Dunque: 1. Si disegnano i cerchi g= g e g= 1 ruotato: le intersezioni tra questi due cerchi sono punti ammissibili per Γ C. g= g g= g G Γ = Γ C Γ 2. Si dimensiona b 2 per trasformare Γ in Γ C. b 2 = b C -b 3. Si disegna il cerchio Γ = Γ C e si compie una rotazione oraria di angolo 2βd fino al punto che deve cadere sul cerchio g= 1 (non ruotato). 2βd Γ C Γ in 4. Si dimensiona b 1 per trasformare in Γ in. b 1 = b in -b B = -b B g= 1 ruotato

8 Doppio Stub Esempio/1 ESEMPIO: 1 c = 5 Ω; G = Y c ; ε r = 4; f = 3 GHz; y = Y /Y c = j d = 7.5 mm A B d C jb 1 Y c D jb j g= g Γ in Cerchi g= g e g=1 ruotato C Γ C Γ 2f 2d 2 d c b C , y.25 j. 164 Dimensionamento di b 2 : C r y Imy. 59 b2 bc b Im C Γ Γ C g= 1 ruotato

9 Doppio Stub Esempio/2 g G A B d C jb 1 Y c D jb j Γ = Γ C g= g Γ in Γ C Γ Γ in Cerchio Γ = Γ C e rotazione oraria di 2βd [rad] B b B , y 1 j1. 54 B Γ C Dimensionamento di b 1 : Dim. stub b 1 in c.c.: Dim. stub b 2 in c.c: b1 bb Γ 1 b 1.58 rad 4.6 mm 1 b 1.4 rad 8.3 mm tan tan 2 2 g= 1 ruotato

10 Adattatore a Doppio Stub - Note e dimensioni lineari dell adattatore sono costanti al variare del carico. Adattamenti diversi si possono ottenere modificando esclusivamente gli stub. Fissata la lunghezza d, esiste una regione proibita nella quale giacciono tutti i punti Γ per i quali la struttura non è in grado di effettuare l adattamento. Ciò accade quando il cerchio g= g ed il cerchio g= 1 ruotato non hanno intersezioni. Con d = 3/8 tale regione è quella interna al cerchio g=2. 2βd È possibile realizzare lo stesso adattatore in forma duale con una reattanza serie (non utilizzabile nelle realizzazioni in microstrip). g= g G ruotato

11 Variazione con la frequenza Bisogna verificare cosa succede al in al variare della frequenza (le specifiche sono sempre date in una banda intorno a f ) Conta sempre la banda relativa Bn (=B/ f ). A microonde, anche per valori piccoli di Bn (qualche %), la banda assoluta assume valori rilevanti Spesso non è quindi necessario preoccuparsi della variazione in frequenza quando si progetta una rete di adattamento Sfortunatamente, se è richiesto il controllo dell adattamento nel progetto della rete, non esistono tecniche generali di sintesi elementari (spesso si ricorre all ottimizzazione numerica) e cose importanti da tenere presente sono: a banda è tanto più stretta quanto più elevato è il fattore Q=X/R=B/G del carico Se il carico ha una parte reattiva, esiste una banda massima per un dato valore di adattamento uso degli elementi distribuiti nelle reti di adattamento riduce la banda

12 Adattamento a larga banda: caso particolare Quando il carico da adattare e il generatore sono puramente resistivi è possibile allargare la banda di adattamento utilizzando più tratti di linea lunghi /4 messi in cascata: /4 /4 /4 /4 R C1 C(N-2) C(N-1) CN R Γ in Imponendo che le prime N-1 derivate di Γ in () si annullino a f si ottiene: N! R C( n1) N ln 2 ln (per.5r R 2 R) C( n) ( N n)! n! R Si inizia con n=, C(n+1) = C1, C(n) =R.

13 Esempio Si abbia R =1, R =5. Con n=3 si ottiene: 6 R C1 ln ln C R 86 R 3 R C3 ln ln C C 2 8 R 3 R C 2 ln ln C C1 8 R Risposta calcolata con MWOffice: Three Section One Section -6-7 DB( S(1,1) ) Schematic 1 DB( S(2,2) ) Schematic Frequency (MHz)

14 Adattamento Antenne Nella banda di funzionamento la parte reale dell impedenza (ammettenza di radiazione) ècirca coincidente con il riferimento (5 ) a parte immaginaria di (Y) può invecie essere diversa da e quindi generare un disadattamento indesiderato Utilizzando una rete di adattamento si può allargare quindi la banda operativa a rete più semplice ècostituita da uno stub in serie (parallelo) che cancelli la parte immaginaria di (Y), allargando la banda di adattamento In genere non conviene cancellare completamente X (B) a centro banda, ma bisogna trovare il valore che migliori il coefficiente di riflessione in tutta la banda desiderata In certi casi aumentare il numero di elementi della rete di adattamento consente di allargare ulteriormente la banda (per la valutazione dei parametri si ricorre in genere a tecniche empiriche o numeriche)

15 Esempio: adattamento antenna patch Parte Reale Ammettenza di Radiazione Re(Y(1,1)) Pat ch Antenna Im(Y(1,1)) Pat ch Antenna MHz.2 Banda Banda desiderata: MHz Return oss in banda: > 2 db Parte Immaginaria MHz Frequency (MHz) Frequency (MHz) Frequency (MHz) Senza rete adattamento Con Stub in parall. (B=.118 S)

16 Rete con 3 elementi PORT P=2 =5 Ohm TSC ID=T5 =5 Ohm E=84.88 Deg F=1656 MHz TIN ID=T3 =5 Ohm E=14.3 Deg F=1656 MHz TOC ID=T4 =5 Ohm E=13.48 Deg F=1656 MHz 1 SUBCKT ID=S2 NET="Patch Antenna" 1. Si regola lo stub in c.a. per avere migliore nella banda richiesta (il R non soddisfa le specifiche) 2. Si regola la lunghezza della linea e dello stub in c.c. per portare al valore richiesto nella banda di progetto Frequency (MHz) Regolazione dello stub in c.a Frequency (MHz) Regolazione della linea e dello stub in c.c.

Documenti analoghi

Adattatori. Importanza adattamento

Adattatori. Importanza adattamento Adattatori uca Vincetti a.a. 8-9 Importanza adattamento Massimizzazione della potenza disponibile dal carico Riduzione delle sovratensioni e sovracorrenti che possono danneggiare linea e trasmettitore