19
2. Oпште особине вођених електромагнетских таласа 2.1. Увод Везе између елемената микроталасних кола не могу се остварити жицама или штампаним колима произвољног облика, јер такви проводници уносе нежељене и тешко предвидљиве паразитне ефекте (капацитивности, индуктивности, губитке услед коначне проводности и услед зрачења), који доводе до губљења енергије сигнала, нежељених спрега, изобличења таласних облика, итд. У циљу правилног функционисања кола, потребно је да везе између елемената имају дефинисане карактеристике и да остваре вођење електромагнетске енергије од једног до другог елемента уз минимизацију губитака и других неповољних ефеката. С обзиром да су микроталасне учестаности врло високе, ефекти простирања (кашњења) су практично увек изражени. Стога се у анализи микроталасних кола мора узети у обзир таласна природа електромагнетских поља. Системи за вођење електромагнетских таласа имају задатак да усмере ток електромагнетске енергије дуж одређеног правца. Ови системи се деле на водове и таласоводе (видети слику 2.1). Водови су системи од два или више паралелних проводника. Таласоводи су металне цеви кроз које се могу простирати електромагнетски таласи, диелектрични цилиндри или проводници пресвучени диелектриком. Водови и таласоводи треба да што мање зраче електромагнетску енергију, да имају што мање губитке (у проводницима и диелектрицима), тј. треба да што мање слабе талас. Осим тога, пожељно је да обезбеђују простирање само једне врсте таласа, како би се једноставно и поуздано остварила спрега између система за вођење таласа и генератора, односно пријемника.

Mikrotalasna tehnika

  • Upload
    vnenad

  • View
    8

  • Download
    11

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Mikrotalasna tehnika , skripta za ETF

Citation preview

  • 2. O

    2.1.

    , (, , ), , , , . , .

    , () . .

    . ( 2.1). . , . , ( ), . . , , , .

  • 14

    (Stripline)

    (Microstrip line)

    (Slotline)

    (Suspended-substrate stripline)

    (Coplanar line)

    (Coplanar waveguide)

    U (Ridge waveguide)

    H (Double-ridge

    waveguide)

    -

    ()

    2.1. .

  • 2. 15

    ( ), . , , , . , . , .

    ( ). . , . 4. 2.1 , , , , , , , U- H-.

    2.2. , , ,

    , ( ). :

    HE = jrot , (2.1) EJH j+=rot , (2.2)

    0=div E , (2.3) 0=div H , (2.4)

    E , H , . , .

    (2.3) (2.4) (2.2), (2.1), .

    , . , , (2.1)(2.4) ( ). z- (. , 2.1), 2.2. x y ( ) . , .

  • 16

    ,

    zy

    x

    2.2.

    .

    , , () . (2.1), (2.2) :

    EE 2=rotrot . (2.5)

    EEE divgrad=rotrot , (2.6) = , (2.4)

    EE 2k= , (2.7)

    =k . (2.8) (2.7) . ,

    HH 2k= . (2.9) , (2.7) (2.9) , E H (2.1) (2.2).

    (2.1)(2.4) ( 2.3):

    0=En , (2.10) s= JHn , (2.11)

    s=En , (2.12) 0=Hn , (2.13)

    n , sJ , s . (2.10).

  • 2. 17

    sJ

    , n ED

    , HB,

    s

    2.3. .

    , (). : (, z-) , ( z-), .

    zt zi

    += . (2.14)

    ( zyx zyxiii

    ++

    = .) , , +z-. (

    z-.) z- )exp( z , += j . , , )exp()0,,(),,( zyxzyx = EE

    )exp()0,,(),,( zyxzyx = HH . 1/m. , , ( Np/m), , , ( rad/m).

    z ,

    zt i= . (2.15) E H ,

    zzt E iEE += , zzt H iHH += . (2.16) (2.1)

    .)(j)()()()(rot

    zzt

    zzztzzztttzztztH

    EEEiH

    iiEiiEiEiEE+=

    +=+==

    (2.17)

    zi E , , (2.17)

    ttzzzt E HEii = j)( , (2.18) zztt H iE = j . (2.19)

    ttzzzt H EHii = j)( , (2.20)

  • 18

    zztt E iH = j , (2.21) 0= ztt EE , (2.22) 0= ztt HH . (2.23)

    (2.18) (2.20), )(j zztttz E iHEi = , (2.24) )(j zzttzt H iHiE =+ . (2.25)

    ztzzztzzt EEE == iii )()( , , ztzzzt HH = ii )( . (2.24) , , zi . ( ) ( ) ( ) tzzttzztzz EiiEEiiEii == ,

    zttzt E= HiE j . (2.26) )j( (2.25)

    ztzztt HEk +=+ iE j)( 22 . (2.27) (2.24) (2.25) tE ,

    ztzztt EHk +=+ iH j)( 22 . (2.28) (2.16) 22 +=== t ,

    ttt = , , , 0)( 22 =++ zzt EkE , (2.29) 0)( 22 =++ zzt HkH . (2.30)

    (2.19), (2.21) (2.27)(2.30) .

    , , , 022 =+ k 022 + k . , , .

    2.2.1.

    0=zE 0=zH . (2.27) (2.28) 022 =+ k , == j2 , . , , ( ). , (. ). (2.24) (2.25)

  • 2. 19

    ttz EHi = j , (2.31) ttz HEi = j , (2.32)

    , , /=j=j . (2.31) (2.32) E H ( tt HHEE == , !) , . ,

    =TEMZ , (2.33)

    . ( , , .) , (2.31) (2.32) :

    TEMZHE

    HE

    x

    y

    y

    x == . (2.34)

    0= tt E , (2.35) 0= tt E , (2.36)

    ( 0= z , ). , (. ), . , z- )exp( z , ( ), z .

    , , (Q') , .

    0'1

    ==

    N

    iiQ , (2.37)

    N . , . (2.11) (2.12), (2.31) (2.32)

    zJss = (2.38) ( sJ z-), ,

  • 20

    01

    ==

    N

    iiI . (2.39)

    , (2.39) , .

    (2.18)(2.23) (2.21) (2.23), 0= tt H 0= tt H . , , (2.32) (2.35) (2.36).

    2.2.2. ,

    0=zE 0zH , ( ), H . 0zE 0=zH , ( ), E . , 0zE 0zH , , EH HE , . 022 + k . , , . .

    222 kK += . , (2.27) (2.28),

    ztzt HK

    = iE 2j , (2.40)

    ztt HK

    = 2H . (2.41) (2.40) (2.41) ( tE tH ) ( zH ). , , (2.30),

    02 =+ zzt HKH , (2.42) . 2K ( ). () , , . z- )exp( z ,

    )exp()0,,(),,( zyxHzyxH zz = . (2.43)

  • 2. 21

    )0,,( yxH z ( x y , , ). )0,,( yxH z

    2K . , 2K , k .

    (2.40) (2.41)

    tzt HiE = j , (2.44)

    tzt EiH =

    j. (2.45)

    tE tH , . ,

    = jTEZ , (2.46)

    .

    ztt EK

    = 2E , (2.47)

    ztzt EK

    = iH 2j , (2.48)

    02 =+ zzt EKE , (2.49) zE

    )exp()0,,(),,( zyxEzyxE zz = . (2.50) )0,,( yxEz

    2K .

    (2.47) (2.48)

    tzt HiE =

    j, (2.51)

    tzt EiH = j , (2.52)

    =

    jTMZ . (2.53)

  • 22

    2222 j KkK == . (2.54) 2K , (2.42) (2.49) . 2K . (2.54) 022 > K , 022

  • 2. 23

    2c

    oo

    o

    1

    =

    ff

    cc (2.58)

    2c

    oo

    og

    1

    =

    ff

    . (2.59)

    c , oc , g , o . , 1r = 1r = , g o . , .

    . . .

    0=z ( )ttAttAta )cos()cos(

    21coscos)0,( mm ++== , (2.60)

    , (

  • 24

    ( ).

    2c

    g 1

    =

    ffcc , (2.66)

    c (2.58).

    rr

    2o

    g =ccc . (2.67)

    . , . , , . 2.4 .

    ( ), , . , , , , , .

    2 3 410

    cff

    gc

    c

    rr

    0

    c

    2.4. ( c ) ( gc )

    ( cff ).

    ,

    rrc

    o

    cc

    1== f

    cf

    . (2.68)

    , . (2.59) (2.68)

  • 2. 25

    2c

    2g

    2o

    rr 11+=

    . (2.69)

    :

    2c

    TEMTE

    1

    =

    ff

    ZZ , (2.70)

    2c

    TEMTE 1

    =

    ffZZ . (2.71)

    cff < ,

    12

    c

    ==

    ff . (2.72)

    cff ), .

    . , , . , ( ), . , , cff > , += j , )exp( z . (2.74) )2exp( z .

  • 26

    )2exp()0()( zPzP tt = , (2.75)

    )(2)2exp()0(2dd'gub zPzPzPP ttt === , (2.76)

    gub'P . (2.76)

    tPP2'gub= . (2.77)

    , ,

    dpgub ''' PPP += , (2.78) p'P , d'P . ,

    PP

    PP

    2'

    2' dp

    dp +=+= , (2.79) , .

    , . .

    ppppp j)1(j +== f , (2.80) p p , f . ,

    pp f . (=2,7182818...) , ppp 1 = f . :

    ( ) MHz][Cu m66 f= .

    p

    p

    p

    pTEMp j)1(

    j

    +== fZ . (2.81)

    ,

    p

    ps

    = fR . (2.82)

    ( )= ps 1R . (.

    )

  • 2. 27

    ( ) 2tgsp *Redd

    HnHE RSP == , (2.83)

    ( ) nHE * ( 2.3), tgH .

    =p

    d'2

    tgspC

    lRP H , (2.84)

    pC ,

    ( )tpp 2' PP= . (

    ) ( ).

    "j'e = , " .

    ( )( ) EEEEEJH ed jj+jj+=j+=rot == , (2.85) d ,

    ( ) ( )== dde "+j'j+ , (2.86) , . ( ) ''Re ee == , ( ) ( ) =+== edee ""Im , e . '/"tan d = .

    . , d'P , ,

    2ed dd E=vP ,

    =t

    d' 2edS

    SP E . (2.87)

    tEE = , , (2.76),

    d

    2

    Ted

    d tan2'

    22'

    === ZP

    P

    t, (2.88)

    ,

    de

    d tan2'2=

    = , (2.89)

  • 28

    =

    =

    2c

    d2

    c

    ed

    12

    tan

    1

    1'2

    ff

    ff

    . (2.90)

    , , , (2.90) .

    , e .

    2e

    222e

    2 j' KK ++=+= . (2.91) ,

    2c

    2c

    e22

    e22 1'j

    1

    1'2'

    j1'j

    +

    =ff

    ffK

    K . (2.92)

    , , . ( , ), , , "j'e = , " . .

    2.4.

    ( , , ), . .

    (2.1)(2.8) , . , . (2.10)(2.13), ( )

    021 = EnEn , (2.93) 021 = HnHn , (2.94)

    02211 = EnEn , (2.95)

  • 2. 29

    02211 = HnHn , (2.96) n , , 1 1 , 2 2 .

    , . , . , .

    , . . . 2.2.1, = j . , , . .

    , , . , ,

    tzE E

  • 30

    , :

    xy H

    zE

    oj= . (2.99)

    z-, )jexp( z ,

    11 j y

    y Ez

    E =

    , 12

    12 j yy Ez

    E=

    . (2.100)

    z

    Ez

    E yy

    21 (2.99) .

    , ( zE ), .

    xyz H

    zE

    yE

    oj=

    . (2.101)

    zE zEy

    . (2.93), zE ( 21 zz EE = ), (2.10), ( dy = ).

    , zE y, , ,

    0,o > y

    dE

    yE zz , (2.102)

    0,o

  • 2. 31

    , . , , , .

    , , . , , . , .