Microondas I. Prof. Fernando Massa Fernandes. Sala 5017 E

Tamanho: px

Começar a partir da página:

Download "Microondas I. Prof. Fernando Massa Fernandes. Sala 5017 E"

Inês Candal Tuschinski
5 Há anos
Visualizações:

1 Prof. Fernando Massa Fernandes Sala 5017 E fermassa@lee.uerj.br

2 Capt. 3 Exercício prático: Guia oco - retangular i) Qual a banda de operação desse guia e sua provável aplicação? ii) Qual o modo de operação induzido nesse guia?

4 Linha de transmissão planar Tecnologia Planar (grande interesse prático) Fotolitografia Circuitos impressos Microcircuitos Integração com dispositivos passivos e ativos Banda típica 100 MHz a ~10 GHz

5 Modo TEM Impossível ter casamento de fase na interface ar-dielétrico Ar v p = c ; β = k 0 Dielétrico v p = c / ϵr ; β = k 0 ϵr Solução exata Campos híbridos (TE + TM) Análise avançada CAD (FEM) Aproximação quase TEM (d << λ) Aproximação de campos estáticos Introdução de uma constante dielétrica efetiva: βar βdielétrico

6 Modo quase-tem Aproximação quando (d << λ) Aproximação de campos estáticos Introdução de uma constante dielétrica efetiva: *A maior parte das linhas de campo concentra-se na região do dielétrico. 1< ϵe < ϵr

7 Modo quase-tem Aproximação quando (d << λ) Aproximação de campos estáticos Introdução de uma constante dielétrica efetiva: *A maior parte das linhas de campo concentra-se na região do dielétrico. v p = c / ϵe ; β = k 0 ϵe ϵ e ϵ e ( ϵr, d, W, f ) ϵe z 0,α d, αc 1< ϵe < ϵr

8 Modo quase-tem Na aproximação quase-estática (d << λ) ϵe ϵe ( ϵr, d, W ) não depende da freq. ϵe e z 0 são calculados por curvas paramétricas que são ajustadas a solução numérica (exata). Impedância característica

9 Modo quase-tem Na aproximação quase-estática (d << λ) Impedância característica Para encontrar o W/d que determina o valor de Z0 (acoplamento de impedância)

10 Modo quase-tem Atenuação na aproximação quase-tem No dielétrico (quase-tem) k = ω μ 0 ϵ = ϵr k 0 *Fator de preenchimento ϵr ( ϵe 1) ϵe ( ϵr 1) No condutor Para a maioria dos substratos dielétricos α c > αd Para substratos semicondutores isso não ocorre em geral!

11 Exemplo 3.7 Projete uma linha de microfita de cobre sobre um substrato de alumina de 0,5 mm de espessura para uma impedância característica de 50 Ω. Encontre o comprimento que a linha deve ter para introduzir um atraso de fase de 270o em 10 GHz, e calcule a perda total.

12 Exemplo 3.7 Projete uma linha de microfita de cobre sobre um substrato de alumina de 0,5 mm de espessura para uma impedância característica de 50 Ω. Encontre o comprimento que a linha deve ter para introduzir um atraso de fase de 270o em 10 GHz, e calcule a perda total. * 1o Para 50Ω, adivinhar W/d < 2 ou W/d >2

13 Exemplo 3.7 Projete uma linha de microfita de cobre sobre um substrato de alumina de 0,5 mm de espessura para uma impedância característica de 50 Ω. Encontre o comprimento que a linha deve ter para introduzir um atraso de fase de 270o em 10 GHz, e calcule a perda total. i) ii) λ = 9,5 cm (d λ )

14 Exemplo 3.7 Projete uma linha de microfita de cobre sobre um substrato de alumina de 0,5 mm de espessura para uma impedância característica de 50 Ω. Encontre o comprimento que a linha deve ter para introduzir um atraso de fase de 270o em 10 GHz, e calcule a perda total. i) ii) iii) Perda total ( α.l) α d = 0,022 db /cm α c = 0,094 db/ cm α. l=( α d + α c ).l=(0,022+0,094 ).0,872 db=0,101 db

15 Exemplo 3.7 Projete uma linha de microfita de cobre sobre um substrato de alumina de 0,5 mm de espessura para uma impedância característica de 50 Ω. Encontre o comprimento que a linha deve ter para introduzir um atraso de fase de 270o em 10 GHz, e calcule a perda total. * Comparação com CAD comercial Aproximação quase-estático CAD W 0,483 mm 0,478 mm єe 6,665 6,83 l 8,72 mm 8,61 mm αd 0,022 db/cm 0,022 db/cm αc 0,094 db/cm 0,054 db/cm => Discrepância devida principalmente ao efeito da espessura do condutor Franjas na corrente ao longo da largura (W) => (W e > W) Aumenta com a frequência

16 Solução exata Modos híbridos (TE + TM) Análise avançada CAD (FEM) Solução na aproximação quase-estática (d << λ) Modo quase-tem Análise por modelos aproximados (constante dielétrica efetiva) ϵe ϵe ( ϵr, d, W ) 1< ϵe < ϵr não depende da frequência Solução na aproximação para alta frequência (~5 GHz < f < ~10 GHz) Depende da frequência

17 Solução na aproximação para alta frequência (~5 GHz < f < ~10 GHz) Depende da frequência Dependência da frequência ϵe (f ) v p ( f ) ; β (f ) ; Z 0 (f ) ; α d ( f ) ; α d (f ) *Dispersão Deformação do sinal de banda larga!

18 Modos de ordem superior (Limites da banda da linha de microfita) * O acoplamento do modo quase-tem com os modos de ordem superior impõem o limite para a banda de operação da linha de microfita. => Drenagem de potência do sinal! Acoplamento com modos de onda de superfície TM0 (αω): Correntes transversais geradas em descontinuidades permitem o acoplamento com ondas de superfície TE1: Para linhas largas (w ~ λ/2), podem ser excitados modos de ressonância transversal no metal ao longo de x : Modo de placas paralelas (d ~λ/2) e (W >> d):

Documentos relacionados

Prof. Fernando Massa Fernandes https://www.fermassa.com/microondas-i.php Sala 5017 E fernando.fernandes@uerj.br Aula 26 Revisão Revisão Linha de transmissão planar Tecnologia Planar (grande interesse prático)