Classificazione delle linee di trasmissione

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1 Classificazione delle linee di tasmissione Linee TEM (Tansvese Electic Magnetic) Coassiale Stipline Linee non-tem Guida d onda ettangolae Linee quasi_tem Micostip Suspended Stipline Inveted Stipline Linee Coplanai Guida d onda cicolae Fin-line

2 Linee TEM Sono stuttue costituite da due conduttoi distinti (cioé ta cui si puó applicae una diffeenza di potenziale), cicondati da un mezzo omogeneo Il Campo Elettico e Magnetico dell onda che si popaga sono otogonali in tutti i punti della sezione tasvesale, cioé non hanno componenti nella diezione longitudinale (quella di popagazione Una linea TEM é caatteizzata da: Impedenza Caatteistica costante Velocitá di popagazione popozionale alla velocitá della luce secondo la elazione: v c dove é la costante dielettica elativa del mezzo.

3 Linee non-tem Sono stuttue costituite da un unico conduttoe cilindico cavo, di sezione abitaia, che pende genealmente il nome di guida d onda Il campo elettomagnetico di un onda in una linea non-tem puó assumee paticolai configuazioni dette modi. I modi sono caatteizzati da una fequenza minima, detta fequenza di taglio, al di sotto della quale non possono popagasi. Il modo con la fequenza di taglio piú bassa di una data guida d onda é detto modo dominante della guida ed é quello piú comunemente utilizzato nella patica I modi nelle linee non-tem si suddividono (genealmente) in: Modi TE (solo il campo elettico non ha componenti nella diezione di popagazione dell onda) Modi TM (solo il campo magnetico non ha componenti nella diezione di popagazione dell onda)

4 Linee non-tem (cont.) Nelle linee non-tem non si possono definie in modo univoco tensione e coente (e di conseguenza neanche l impedenza). E comunque sempe univoca la potenza taspotata dall onda Lo studio delle linee non-tem viene effettuato facendo icoso al coefficiente di iflessione e alle impedenze nomalizzate; l impedenza caatteistica si assume quindi unitaia, mente la velocitá di popagazione isulta dipendee dal modo che si popaga.

5 Linee quasi-tem In questa categoia icadono linee costituite da due conduttoi, che sono peó cicondati da un mezzo non omogeneo La configuazione del campo elettomagnetico non é pefettamente tasvesa ispetto alla diezione di popagazione, anche se il modo dominante (detto in questo caso pincipale) ha fequenza di taglio uguale a zeo (cioé si puó sempe popagae) Lo studio igooso di queste linee é molto complesso; puó essee semplificato mediante un modello che le appesenta come linee TEM equivalenti, in cui peó l impedenza caatteistica e la velocitá di popagazione dipendono oppotunamente dalla fequenza.

6 Attenuazione nelle linee Andamento della potenza in una linea adattata con pedite: v z 1 v P( z ) e 2 Z 2 Z c 0 2 z La potenza peduta pe unità di lunghezza isulta quindi: 2 1 v P 0 2 z 2 e 2 Pz P z 2 Z c Definizione di attenuazione: c diss P diss Potenza dissipata p.u.l 2P Potenza taspotata

7 Cause di attenuazione nelle linee Due sono le sogenti di attenuazione nelle linee di tasmissione: attenuazione J dovuta alle pedite nei conduttoi attenuazione D dovuta alle pedite nel dielettico Attenuazione totale : J D Attenuazione J É causata dalla conducibiltá finita del mateiale conduttoe utilizzato. Nelle linee TEM vaia secondo la adice quadata della fequenza (effetto pelle). Negli alti tipi di linea la legge di vaiazione é piú complicata La conducibiltá effettiva del mateiale é influenzata dalla sua ugositá supeficiale, che viene a sua volta dipendee dal pocesso di lavoazione meccanica. In un conduttoe non tattato oppotunamente, la conducibilitá puó anche dimezzasi ispetto al suo valoe teoico

8 Cause di attenuazione (cont.) Attenuazione D É deteminata dalla non pefetto isolamento del mateiale dielettico che costituisce il mezzo in cui sono immesi i conduttoi. Il paameto che caatteizza il dielettico dal punto di vista delle pedite éiltan (vale zeo nel caso ideale di assenza di pedite) Il tan pesenta una vaiazione con la fequenza che dipende dal mateiale. Genealmente é tascuabile se l intevallo di fequenza consideato é piccolo (< di un ottava). Espessione di D in funzione di tan: d d tan 0 0 tan 1 f f 2 c 2 ( Linee TEM ) ( Linee non TEM )

9 Richiami sui paameti caatteistici delle linee TEM Definizione geneale dell impedenza caatteistica di una linea TEM: P 2 E dl t V P cost c w w z I Hds t 2 1 cost cont. Z Z Z F (x,y) e (x,y) appesentano le linee a potenziale elettico () e magnetico () costante in coispondenza al contono dei conduttoi che costituiscono la linea. Si noti che la diezione di E t è tangente alle cuve =cost, mente quella di H t è tangente alle cuve =cost. Le supefici dei conduttoi di contono coincidono con due linee a =cost. Nelle linee eali le cuve a =cost sono chiuse. 2 e 1 sono quindi calcolati nello stesso punto, che appesenta l inizio e la fine della cicuitazione. Attenuazione di una linea TEM: Rs 1 Fz F, F 2Z F n J J J w NOTA: la diezione n appenta quella della nomale ENTRANTE nella supeficie z Z w 377

10 Linea coassiale (, ) Kln() (, ) K F J F z ln 2 1 F 1 z Fz F z Fz n Fz ln ln

11 Dimensionamento Linea coassiale Assegnato Zc: 2 Zc Zc exp 2 exp 2 1 Z Z c =50 pe 2 / in aia Condizione di popagazione monomodale fino a f max : f v 2 1 max fmax 12 1 Attenuazione minima fissato il aggio esteno: FJ ( Zc 76 in aia) ln 1 Attenuazione minima fissato f max : ln v F ( 97 in aia) J Zc F J 1 1 ln

12 Alte linee TEM Linea a stiscie paallele Linea Stipline Slabline Linea bifilae

13 q1 (a>>t)

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15 Linee quasi-tem Le linee quasi-tem sono tipicamente costituite da stuttue TEM iempite con mezzi non omogenei. Ciò compota che il campo elettomagnetico non è pefettamente tasveso. In questo caso, a igoe, non sono più definibili in modo univoco la tensione e la coente sulla linea (si conseva solo la potenza). Nella patica si intoduce l appossimazione quasi-tem: vale ancoa la descizione in temini di V e I, assumendo un mezzo omogeneo equivalente, caatteizzato da una costante dielettica efficace,eff, definita come: C C eff, m 0 C m : Capacità p.u.l. della stuttua non omogenea C 0 : Capacità p.u.l. della stuttua in aia ( =1) Si noti che,eff isulta in geneale funzione della fequenza. Z c e v f sono quindi anch essi funzioni di f e isultano: 377 Z F, v c z f c eff, eff,

16 Micostip La linea quasi-tem più impotante nelle applicazioni patiche è la micostip. Si ealizza mediante deposizione di uno stato metallico su mateiale dielettico che funge da suppoto. Appatiene alla famiglia delle stuttue planai t Stato dielettico Stato metallico w h h spessoe del substato w laghezza della stip costante dielettica elativa del substato t spessoe della metallizzazione

17 Fomule pe analisi di Micostiscie Caso quasi-statico con spessoe t=0: 60 eff, ln(8h w 0.25 w h) w h 1 Z c 120 eff, w h ln w h w h con: eff,, cm sec h w eff

18 Caso geneale: E possibile tenee conto dello spessoe finito t della metallizzazione sostituendo al paameto w una laghezza efficace w e data da: w e h w 1.25 t 4 w 1 ln h h t w h w 1.25 t 2h 1 ln h h t w h Pe intodue la vaiazione con la fequenza in,eff si può utilizzae la seguente fomula: f , eff eff, GHz hmm Zc fghz fghz

19 Calcolo di Zc con pocedue CAD

20 Attenuazione della micostiscia Espessioni accuate pe l attenuazione di queste linee sono difficili da ottenee. In linea di massima si può ossevae che: Pe linee spesse ispetto allo spessoe pelle esistono espessioni abbastanza accuate, elativamente semplici Pe linee sottili tali fomule non sono più valide e tendono a sovastimae le pedite L attenuazione è molto influenzata dalla ugosità supeficiale della metallizazione In geneale il contibuto del dielettico all attenuazione è tascuabile (pe tan < 10-3 )