Circuiti a Microonde: Introduzione

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1 Ciruiti a Miroonde: Introduzione Un iruito a miroonde è un interonnessione di elementi le ui dimensioni fisihe possono essere omparabili on la lunghezza d onda orrispondente alle frequenze operative Tipologie di omponenti: Interonnessioni (non hanno dimensioni nulle ome nei iruiti a ostanti onentrate!) Elementi pseudo-onentrati (simulano il omportamento di omponenti ideali, tenendo però onto delle dimensioni fisihe) Elementi distribuiti (tratti di linee di trasmissione terminati o passanti) Nei iruiti a miroonde non esistono nodi ideali. Quando due o più omponenti sono onnessi tra loro, nel punto di giunzione si rea una disontinuità he produe effetti più o meno evidenti sul omportamento della rete.

2 Disontinuità tra due linee di trasmissione 1 =10 m 2 =10 m Non va bene! Coassiale 1: R 1 =5 m, r 1 =2.17 m Coassiale 2: R 2 =3 m, r 1 =1.3 m Matrie S R R ln 60ln 50 r1 r2 Disontinuità Modello orretto. Perhé?

3 Eitazioni di modi superiori Onda TEM inidente Onda TEM trasmessa Onda TEM Campi E, H trasversi Ampiezza modi superiori Eitati alla disontinuità Nella disontinuità il ampo non può essere trasverso (imposto dalle ondizioni al ontorno) Si generano modi superiori he, non essendo in propagazione, sono in pratia onfinati viino alla disontinuità In pratia è ome se i fosse del ampo elettromagnetio immagazzinato loalmente, he produe un effetto sulla propagazione del modo TEM. Tale effetto può essere rappresentato mediante un iruito equivalente o, più in generale, dalla matrie di satter olloata nella sezione della disontinuità

4 Calolo di S della disontinuità Parametri S ottenuti da un simulatore elettromagnetio dei due oax onnessi alla frequenza di 1 GHz (=50 ): S S , S S m 10 m Disontinuità Porta Porta 2 Rete a miroonde Per ottenere i parametri S della disontinuità bisogna spostare le sezioni di riferimento delle due porte verso l interno di 10 m, ioè: 2 f 10 m 10 m rad 120 S S S exp , S S S exp

5 Dipendenza dalla frequenza -10 Return oss vs. Frequeny DB( S(1,1) ) CoaxStep Frequeny (MHz) e disontinuità sono in generale variabili on la frequenza!

6 Componenti e disontinuità disponibili in MWOffie (eleno parziale)

7 Esempio: rete di adattamento a doppio stub Giunzioni a T 1 2, 0, 1, 0 S1, S1 S2, S2 Open Shema ideale

8 Rappresentazione delle disontinuità PORT P=1 =50 Ohm ID=T3 W=2.2 mm =10 mm MTEE$ ID=T4 ID=T6 W=0.622 mm =79.68 mm MTEE$ ID=T5 ID=T1 W=2.2 mm =5 mm PORT P=2 =50 Ohm ID=T7 W=1.33 mm =32.92 mm ID=T8 W=1.22 mm =8 mm MOPEN$ ID=T2 MOPEN$ ID=T9 MSUB Er= 2.55 H= 0.8 mm T=.035 mm Rho= 1 Tand= 0

9 Confronto 0-10 Ideale Doppio Stub 1 2 IMPED ID=1 R=17 Ohm X=66 Ohm Mirostrip Frequeny (GHz)

10 Metodi di alolo delle disontinuità Rappresentazioni on iruiti equivalenti (parametri alolati on tenihe numerihe e suessiva interpolazione dei risultati) Formule analitihe (asi più semplii) Analisi elettromagnetia (direttamente dalla rappresentazione iruitale) Spesso sono disponibili più rappresentazioni della stessa disontinuità (maggiore preisione=più tempo di alolo)

11 Disontinuità in mirostrisia: Giunzioni Step (2-port) Tee (3-port) S 1 S 2 Cross (4-port) S 2 S3 S 1 S 3 S4 S 1 -S 2 ID=T1 W=1 mm =4 mm MSTEPX$ ID=MS1 Offset=0 mm 1 2 ID=T3 =4 mm ID=T1 W=1 mm =4 mm MTEE$ ID=T ID=T3 =4 mm ID=T1 W=1 mm =4 mm MCROSS$ ID=T2 1 2 ID=T5 W=2.5 mm =5 mm 3 ID=T3 =4 mm ID=T4 =5 mm 4 ID=T4 =5 mm

12 Bend (2-port) S 1 S 1 S 1 S 2 S 2 S 2 ID=T1 =4 mm MBENDA ID=T2 ANG=90 Deg MCURVE ID=T2 ID=T1 ANG=45 Deg =4 mm R=2 mm ID=T1 =4 mm MUBEND$ ID=T4 S=2 mm M=0.5 ID=T3 =4 mm ID=T3 =4 mm ID=T3 =4 mm

13 Terminazioni (1-port) Open end Via hole Radial Stub S 1 S 1 S 1 ID=T1 =4 mm MOPENX$ ID=MO1 ID=T1 =4 mm VIA1P ID=V1 D=1.5 mm H=1 mm T=0.05 mm RHO=1 ID=T1 =4 mm MRSTUB2W ID=T2 Ro=7 mm Theta=50 Deg

14 Componenti pseudo-onentrati Approssimazioni di apaità e induttanze in asata on un tratto di linea, ot sin ot sin Se è molto piolo e Y molto piolo: Y Y Y Y Y X= eq =/Y =/(vy ) eq =. /v Se è molto piolo e molto piolo: B=C eq =/ =/(v ) C eq =/(v. ) ot sin ot sin Y Y Y Y Y

15 Altri omponenti Capaità Interdigitale Spiral Indutors S 1 S 2 ID=T1 =4 mm MICAP$ ID=MI1 W=1 mm S=1 mm G=1 mm =10 mm N=4 WP=1 mm ID=T2 =4 mm ID=T1 W=1 mm =2 mm EPSB=1 TDB=0 TB=0.001 mm RhoB=1 ID=T2 W=1 mm =2 mm

16 Ciruiti a due porte Matrie S per iruiti reiproi e senza perdite: SS * U S S S S E suffiiente speifiare tre numeri reali per definire ompletamente S (ad es. S 11, 11, 22 )

17 Ciruito equivalente di un tratto di linea, 0 e S e 0 Con 0 = ot sin sin ot Y Y ot Y sin Y sin Yot z A z A y C z C y A y A A tan, C Y Y tan, Y A C 2 sin 2 sin

18 Calolo di in, out e G T s S (50) Tutti i oeffiienti di riflessione sono definiti rispetto a 50 in out S S, S in in in 50 s s s s out 50 out out 50 1S s11 s S s s G T s (1 S ) (1 ) 21 2 (1 s ) (1 s ) s s S S 12 21