Stub (elektronika) - Stub (electronics)

Obwody rezonansowe zbiorników w plecaku z lampą próżniową Transceiver UHF , 1938. Długość fali około 1/8: (lewy) króciec 200 MHz ma 19 cm, (prawy) króciec 300 MHz ma 12,5 cm

Nadajnik radiowy FM o mocy 10 kW z 1947 r., Pokazujący ćwierćfalowy rezonansowy obwód czołowy

W inżynierii mikrofalowej i radiowej , odgałęzienie lub rezonansowy odgałęzienie to długość linii transmisyjnej lub falowodu, która jest podłączona tylko na jednym końcu. Wolny koniec odgałęzienia jest albo pozostawiony w obwodzie otwartym, albo zwarty (jak zawsze ma to miejsce w przypadku światłowodów). Pomijając straty w linii przesyłowej, impedancja wejściowa odgałęzienia jest czysto reaktywna ; albo pojemnościowym lub indukcyjnym , w zależności od długości elektrycznej z króćca i od tego, czy jest ona otwarta lub zwarcia. Stuby mogą więc działać jako kondensatory , cewki indukcyjne i obwody rezonansowe na częstotliwościach radiowych.

Zachowanie się odcinków jest spowodowane falami stojącymi wzdłuż ich długości. O ich właściwościach reaktywnych decyduje długość fizyczna w stosunku do długości fal radiowych. Dlatego odgałęzienia są najczęściej używane w obwodach UHF lub mikrofalowych, w których długości fal są na tyle krótkie, że odgałęzienie jest dogodnie małe. Często są używane do zastąpienia dyskretnych kondensatorów i cewek indukcyjnych, ponieważ przy częstotliwościach UHF i mikrofalach skupione komponenty działają słabo z powodu reaktancji pasożytniczej. Stuby są powszechnie stosowane w obwodach dopasowujących impedancję anten , filtrach selektywnych częstotliwości i obwodach rezonansowych dla oscylatorów elektronicznych UHF i wzmacniaczy RF .

Słupki mogą być wykonane z każdego rodzaju linii transmisyjnej : równoległych linii przewodzącej (gdzie są one nazywane Lecher linii ), kabla koncentrycznego , paskowej , falowód i falowodu dielektrycznej . Obwody pośrednie można zaprojektować za pomocą wykresu Smitha , narzędzia graficznego, które może określić, jakiej długości użyć linii, aby uzyskać pożądaną reaktancję.

Zwarty odcinek

Impedancja wejściowa z bezstratnego obwodzie jest krótka linia,

{\ Displaystyle Z _ {\ mathrm {SC}} = jZ_ {0} \ tan (\ beta l) \ \!}

gdzie j jest jednostką urojoną , jest impedancją charakterystyczną linii, jest stałą fazową linii i jest fizyczną długością linii. ${\ displaystyle Z_ {0}}$ ${\ Displaystyle \ beta = 2 \ pi / \ lambda \,}$ ${\ displaystyle l}$

Zatem w zależności od tego, czy jest dodatni czy ujemny, odgałęzienie będzie odpowiednio indukcyjne lub pojemnościowe. ${\ Displaystyle \ tan (\ beta l)}$

Długość odgałęzienie działać jako kondensator C, przy częstotliwości kątowej z Następnie ze wzoru: ${\ displaystyle \ omega}$

{\ Displaystyle l = {\ Frac {1} {\ beta}} \ lewo [(n + 1) \ pi - \ arctan \ lewo ({\ Frac {1} {\ omega CZ_ {0}}} \ prawej) \dobrze]}

Długość odgałęzienia działającego jako cewka indukcyjna L przy tej samej częstotliwości jest określona wzorem:

{\ Displaystyle l = {\ Frac {1} {\ beta}} \ lewo [n \ pi + \ arctan \ lewo ({\ Frac {\ omega L} {Z_ {0}}} \ prawej) \ prawej]}

Otwarty odgałęziony odcinek

Impedancja wejściowa bezstratnego odgałęzienia obwodu otwartego jest określona wzorem

{\ Displaystyle Z _ {\ mathrm {OC}} = - jZ_ {0} \ cot (\ beta l) \ \!}

Wynika z tego, że w zależności od tego, czy jest dodatni czy ujemny, odgałęzienie będzie odpowiednio pojemnościowe lub indukcyjne. ${\ Displaystyle \ cot (\ beta l)}$

Długość odcinka obwodu otwartego działającego jako cewka indukcyjna L przy częstotliwości kątowej wynosi: ${\ displaystyle \ omega}$

{\ Displaystyle l = {\ Frac {1} {\ beta}} \ lewo [(n + 1) \ pi - \ operatorname {arccot} \ lewo ({\ Frac {\ omega L} {Z_ {0}}} \ right) \ right]}

Długość odgałęzienia obwodu otwartego działającego jako kondensator C przy tej samej częstotliwości wynosi:

{\ Displaystyle l = {\ Frac {1} {\ beta}} \ lewo [n \ pi + \ operatorname {arccot} \ lewo ({\ Frac {1} {\ omega CZ_ {0}}} \ po prawej) \ dobrze]}

Rezonansowy stub

Stuby są często używane jako obwody rezonansowe w oscylatorach i filtrach elementów rozproszonych . Długość odcinka obwodu otwartego będzie miała impedancję pojemnościową przy niskiej częstotliwości . Powyżej tej częstotliwości impedancja jest indukcyjna. Dokładnie na króćcu występuje zwarcie. Jest to jakościowo takie samo zachowanie jak szeregowy obwód rezonansowy. W przypadku linii bezstratnej stała zmiany fazy jest proporcjonalna do częstotliwości, ${\ displaystyle \ scriptstyle l}$ ${\ Displaystyle \ scriptstyle \ beta l <\ pi / 2}$ ${\ Displaystyle \ scriptstyle \ beta l = \ pi / 2}$

{\ displaystyle \ beta = {\ omega \ over v}}

gdzie v jest prędkością propagacji i jest stała z częstotliwością dla linii bezstratnej. W takim przypadku częstotliwość rezonansowa jest określona wzorem,

{\ Displaystyle \ omega _ {0} = {\ Frac {\ pi v} {2l}}}

Chociaż odgałęzienia działają jako obwody rezonansowe, różnią się od obwodów rezonansowych z elementami skupionymi tym, że mają wiele częstotliwości rezonansowych; Oprócz podstawowej częstotliwości rezonansowej , że rezonans przy wielokrotności tej częstotliwości: . Impedancja nie będzie nadal rosła monotonicznie wraz z częstotliwością po rezonansie, jak w skupionym obwodzie strojonym. Wzrośnie do momentu, w którym będzie to obwód otwarty. Po tym punkcie (który jest właściwie punktem antyrezonansowym ) impedancja ponownie stanie się pojemnościowa i zacznie spadać. Będzie spadać, aż ponownie wystąpi zwarcie. W tym momencie filtrowanie kodu pośredniczącego całkowicie się nie powiodło. Ta odpowiedź bolca nadal powtarza się wraz ze wzrostem częstotliwości na przemian między rezonansem i antyrezonansem. Cechą charakterystyczną nie tylko odgałęzień, ale wszystkich filtrów elementów rozproszonych jest to, że istnieje pewna częstotliwość, powyżej której filtr ulega awarii i powstaje wiele niepożądanych pasm przepustowych . ${\ displaystyle \ scriptstyle \ omega _ {0} \,}$ ${\ Displaystyle \ scriptstyle n \ omega _ {0} \,}$ ${\ Displaystyle \ scriptstyle \ beta l = \ pi}$ ${\ Displaystyle \ scriptstyle \ beta l = 3 \ pi / 2 \,}$

Podobnie, króciec zwarciowy jest antyrezonatorem , to znaczy zachowuje się jak równoległy obwód rezonansowy, ale ponownie zawodzi, gdy się zbliża. ${\ displaystyle \ scriptstyle \ pi / 2}$ ${\ Displaystyle \ scriptstyle 3 \ pi / 2}$

Dopasowanie skrócone

W obwodzie linii paskowej odgałęzienie można umieścić tuż przed złączem wyjściowym, aby skompensować niewielkie niedopasowania wynikające z obciążenia wyjściowego urządzenia lub samego złącza.

Stubs mogą służyć do dopasowania impedancji obciążenia do impedancji charakterystycznej linii przesyłowej. Króciec jest umieszczony w pewnej odległości od ładunku. Odległość tę dobiera się tak, aby w tym punkcie część rezystancyjna impedancji obciążenia była równa części rezystancyjnej impedancji charakterystycznej przez działanie transformatora impedancyjnego na długości linii głównej. Długość króćca dobierana jest tak, aby dokładnie znosiła reaktywną część prezentowanej impedancji. Oznacza to, że odgałęzienie jest wykonane jako pojemnościowe lub indukcyjne w zależności od tego, czy linia główna ma odpowiednio impedancję indukcyjną czy pojemnościową. Nie jest to to samo, co rzeczywista impedancja obciążenia, ponieważ reaktywna część impedancji obciążenia będzie podlegać działaniu transformatora impedancyjnego, podobnie jak część rezystancyjna. Pasujące króćce mogą być regulowane, dzięki czemu dopasowanie można skorygować podczas testu.

Pojedynczy odgałęzienie osiągnie idealne dopasowanie tylko przy jednej określonej częstotliwości. W celu dopasowania szerokopasmowego można zastosować kilka odgałęzień rozmieszczonych wzdłuż głównej linii przesyłowej. Wynikowa struktura jest podobna do filtra i stosowane są techniki projektowania filtrów. Na przykład dopasowana sieć może być zaprojektowana jako filtr Czebyszewa, ale jest zoptymalizowana pod kątem dopasowania impedancji zamiast transmisji pasma przepustowego. Wynikowa funkcja transmisji sieci ma tętnienie pasma przepustowego, takie jak filtr Czebyszewa, ale tętnienia nigdy nie osiągają tłumienia wtrąceniowego 0 dB w żadnym punkcie pasma przepustowego, tak jak w przypadku standardowego filtru.

Promieniowy króciec

Filtr mikropaskowy z króćcami motylkowymi

Promieniowe końcówki to płaski komponent, który składa się z wycinka koła, a nie z linii o stałej szerokości. Są używane z planarnymi liniami transmisyjnymi, gdy wymagany jest króciec o niskiej impedancji. Linie o niskiej impedancji charakterystycznej wymagają szerokiej linii. W przypadku szerokiej linii połączenie odgałęzienia z linią główną nie znajduje się w dobrze określonym punkcie. Promieniowe odcinki korygują tę trudność, zwężając się do punktu na skrzyżowaniu. Obwody filtrów wykorzystujące odgałęzienia często używają ich parami, po jednym podłączonym z każdej strony głównej linii. Para tak połączonych promieniowo odcinków nazywana jest króćcem motylkowym lub króćcem muszki.

Bibliografia

Zobacz też

Ćwierćfalowy transformator impedancji

Languages

In other projects