: תרגיל: תרגיל : פתרון: פתרון [ ]
Transcription
: תרגיל: תרגיל : פתרון: פתרון [ ]
תרגיל: נתון המעגל הבא .הקווים מתואמים .מצא את ההספק העובר דרך הקו הראשי וכיצד הוא מתחלק בין העומסים. Z L1 100 Z 01 1 0 0 v1 c l1 1m Z in1 R g 50 V 1v Z 0 50 v c , l 2m f 1G H z Z in 2 Z 02 5 0 v2 2 / 3 c Z L 2 70 l 2 1m פתרון: דרוש לחשב אורכים חשמליים (זוית חשמלית) .אורכי הגל הם: 0.2 m 2 / 3 c f 0.3 m , 2 8 3 10 9 1 10 c f 0.3 m , 1 8 3 10 9 1 10 לכן הזוויות החשמליות עפ"י הגדרה (מספר אורכי הגל בכל קו) הן: 5 c f 1 0.2 . l2 2 , 1 3 3 1 0.3 l1 1 , 2 3 6 2 0.3 l קו מספר :1 נזכור כי בקו מתואם האימפדנס המקומי בכל מקום שווה ל. Z 01 - מדיאגרמת סמית: 1 0 j Z L1 Z 01 . Z L1 באמצע הדיאגרמה הרדיוס הוא . 0 :ז"א מסתובבים ברדיוס 0כמה שצריך ונשארים באמצע. מקבלים Z in1 1 :ולכן. Z in1 Z in1 Z 01 100 : קו מספר :2 נקבל: 1.4 0 j 70 50 Z L2 Z 02 ( Z L 2 נזכור כי כל סיבוב שווה לחצי אורך גל ולכן 10סיבובים שווים ל 5-אורכי גל). בעקבות כך אנו מסיימים באותו המקום ולכן. Z in 2 1.4 : כלל :הליכה של כפולות שלמות של חצי אורך גל מחזירה אימפדנס מקומי לאותו הערך .לכן. Z in 2 Z in 2 Z 02 70 : קו ראשי: נקבל . Z L Z in1 Z in 2 41.18 :לכן: 0.836 נמצא בסקאלה בכיוון הגנרטור ב .0-הולכים 2 41.18 50 3 ZL .Z L Z0 6אורכי גל בכיוון הגנרטור ומסיימים ב 6 .6 6 - 2 3 0 6אורכי גל. בכיוון הגנרטור צריך להחסיר/לחבר כפולות של 0.5כדי להיכנס לתחום של , 0, 0.5 כשנעשה זאת נקבל כי תחילת הקו נמצא ב( 0.166-בסקלת הגנרטור) נקבל Z in 1.07 0.21 j :ולכן. Z in Z in Z 0 53.5 10.5 j : |1 קווי תמסורת -סיכום ועריכה מאת שי ידרמן . לשם התירגול נחזור על אותו החישוב עם הנוסחה: Z a jZ 0 tan z a Z 0 jZ a tan z a . Z z Z0 נמצא את האימפדנס של הקו הראשי בנקודה :0 54.3 9.2 j j 41.18 tan 2 6 2 41.18 j 50 tan 2 6 2 50 3 3 50 Z l jZ 0 tan 0 l Z 0 jZ l tan 0 l . Z 0 Z in Z 0 כאשר Z L Z l Z in1 Z in 2 41.18 :ממקודם. נמשיך את התרגיל עם המספר הנ"ל היות והוא מדויק ולא קירוב. נמצא את ההספק באופן הבא: 54.3 9.2 j 0.52 0.04 j v 54.3 9.2 j 50 , S in V in I in Pin R e S in R e 4.9 0.81 j m V A 4.9 m W Z in R g 9.5 0.84 j m A * 2 10 Z in V in V g V in Z in I in * V V בעיקרון כאשר יש עומס Z :שמחובר למתח V :כותבים. S VI V * : Z Z אצלנו האימפדנסים מקביליים ולכן נופל המתח Vעל כל אחד מהם. * 2 ההספק בקו 1הוא: יחס הספקים הוא: V 2 * 100 0.7 P1 P2 V Z 2 P1 וההספק בקו 2הוא: V 70 2 * V Z . P2 .היות ואין הפסדים Pin Pout :ולכן. P1 P2 Pout 4.9 m W : מקבלים את ההספקים. P2 2.9 m W , P1 2 m W : מתחת לדיאגרמה ישנם סרגלים שנותנים את המקדמים וההפסדים. 1 0 נוריד קווים אנכיים מהנקודות בדיאגרמה של Z in 1/ 2ונקבל את המידות, 2 0.166 : 0.096 SW R1 1 כמו כן, SW R 2 1.4 : . SW R 1 SW R 1.21 1 2 עבור כל קו נציב למשל: Z in1 Z 01 2 / Z0 / Z0 אפשר לאמת את המספרים של מקדמי ההחזרה עם הקשר: Z in1 Z 01 2 V V Z z Z0 Z z Z0 P P . . z 1 0 1 ונקבל את הנ"ל. שקול תבנין של קו תמסורת – הרמוני יציב: Rg נמצא שקול תבנין למעגל הבא: נגדיר. l : נשים לב כי עצם המקור וההתנגדות הוא כבר שקול תבנין של דרגה קודמת. עלינו לחשב את מתח הנתק . V th - |2 קווי תמסורת -סיכום ועריכה מאת שי ידרמן l 0 Z in 1 sin t .כדי לעשות זאת עלינו למצוא את האימפדנס בכניסה ולגרור אותו כלפי המקור ואז לחזור לנקודת המתח החיובית . Z in Z 0 Z 0 Z l jZ 0 tan 0 l Z 0 jZ l tan 0 l Z l Z l Z0 jZ l tan jZ 0 cot :נחשב .חשוב לשים לב כי כאשר אין צריכת הספק נקבל תמיד אימפדנס מדומה טהור : V in , I in :בשלב הבא נכתוב את המתחים בכניסה Z in V in V g Z in R g . I in V in Z in Vg jZ 0 cot Z g Z0 V in cos tan sin cos Vg 1 Z th zl Vg Z g jZ 0 cot Z0 sin cos j jZ 0 cot :נקבל בסוף Z0 Z 0 cos jZ g sin . V th V g Zg Z 0 jZ g tan jZ 0 sin V in :אפשר גם לכתוב מטריציונית I cos in Z V th V in cos jZ 0 I in sin V in cos j 0 sin V in Z in V in Z0 Vg Z 0 jZ g tan jZ 0 cot cos V th .) (אפשר לבדוק שזה מסתדר j sin I th Z0 . jZ 0 cot Vg Z0 :קיבלנו Z 0 cos jZ g sin : Z th נחשב כעת את . ונמדוד את האימפדנס במוצאV g נקצר את .)(נחבר מקור במוצא ונתייחס לציר מימין לשמאל V th . Z th Z 0 Z 0 0 Z g jZ 0 tan 0 l Z 0 jZ g tan 0 l Z0 Z g jZ 0 tan Z 0 jZ g tan :נקבל . Z g Z 0 :היתרון לשימוש במשפט תבנין הוא במקרה הפרטי הבא . רק הפאזה משתנה לפי האורך- V th V g Z0 Z 0 cos jZ g sin Vg 1 cos j sin Vg e . האימפדנס שווה לאימפדנס של קו התמסורת- Z th Z 0 j :הנוסחאות תהיינה Z g jZ 0 tan Z 0 jZ g tan Z 0 :וכן :מהנתונים של הדוגמא הקודמת נוכל לצייר Z th R g 50 V g 1v Z 0 50 l 6 2 3 41.18 V th 41.18 סיכום ועריכה מאת שי ידרמן- קווי תמסורת |3 V th 1 0e j 2 6 3 . 100 , 3 l 6 1 * V 41.18 th Re 41.18 50 2 41.18 41.18 50 , I V th 41.18 50 1 41.18 4.9 m W 41.18 50 2 :כאשר :ציור מקוצר של המעגל מהדוגמא הקודמת 3 Z 0 50 2 , Z th Z 0 50 , V V th 2 P R e V I Rg 2 100 3 Vg 80 , 5 70 30.11.11 : תאריך.5 עד כאן הרצאה R g 50 :תרגיל Z 0 50 V g 25 0v l 0 .7 5 :נתון המעגל הבא . מצא את ההספק המועבר לעומס.א . P , P מצא את.ב . ציין נקודות מינימום ומקסימום. לאורך קו התמסורתV צייר את.ג Z L 100 25 j :פתרון . R g Z 0 - אבל יותר קצר לעשות עם שקול תבנין מכיוון ש. Z 0 Z in Z 0 Z 0 jZ l tan 0 l : אפשר לשקף.א j j l V l 3 25 e 2 :נקבל . Z th Z 0 : וכמובןV th V g e :מיד מקבלים את המעגל הבא Z th V th Z l jZ 0 tan 0 l ZL :נמצא את ההספק 1.35 16.89 j v Z L 50 * . PL R e V l I l V th V th I l 0.027 0.162 j A Z L 50 V l V th ZL 2 Re Z L 2 Z L 50 2 2.7 w : נחשב גם את המתח בכניסהV היות ורוצים למפות את. V l 16.95 v :המתח ביציאה הוא cos 0 l V 0 j sin 0 l I 0 Z0 jZ 0 sin 0 l V l I l cos 0 l סיכום ועריכה מאת שי ידרמן- קווי תמסורת |4 נקבל את הפתרון. V 0 cos 0 l V l jZ 0 sin 0 l I l 8.11 1.35 j v : הגודל הוא. V 0 8.22 v : ב .חישבנו את ההספק הכולל . P P 2.7 w :ראינו גם את השוויון הבא: נחשב: 0.37 17.1 50 25 j 150 25 j ZL Z0 ZL Z0 2 P . P l ולכן. 0.37 2 0.135 : 2 משתי המשוואות נקבל בסוף. P 3.122 w , P 0.422 w : כמו כן: P Z 0 4.53 v V P Z 0 12.5 v , .V מכאן ניתן לראות כלל :אם R g Z 0 :אז תמיד.V 0.5V g : ג .נכנס עם l לדיאגרמת סמית .נמדוד את הגודל 0.37בסרגל התחתון.REL COEFF E OR I : נעלה אנך לציר הממשי .נסרטט מעגל שמרכזו בראשית ורדיוסו נקבע ע"י החיתוך עם הציר הממשי. לאחר מכן נלך על הסרגל שנמצא על היקף המעגל ANGLE OF REFLECTION :עד לזווית של . 17.1 נחבר את הנקודה שמצאנו עם הראשית ונמצא עליה את נקודת החיתוך של המעגל שרדיוסו הוא זה שקיבלנו מהעלאת האנך בתחילה .נוודא שבכניסה ב Z L -מגיעים לאותה הנקודה: 2 0.5 j ZL .Z L Z0 נסתכל בסרגל החיצוני ונראה כי אנו נופלים על המספר .0.226המשמעות היא שהוא אורך הגל שמקבלים בחוץ. המרחק של הלמדות הוא . 0.25 0.226 0.024 :ז"א לאחר מרחק זה (כשנעים אחורנית) נגיע למקסימום. לאחר חצי סיבוב אחורנית (שזה ) 0 .2 5 נגיע למינימום ולאחר חצי סיבוב נוסף נגיע למקסימום שנית. נשים לב כי היות וכל סיבוב שקול ל 0 .5 -עלינו ללכת סיבוב וחצי כי אורך קו התמסורת הוא . 0 .7 5 אנו נלך לכיוון הגנרטור שזה עם כיוון השעון ולכן נקבל את הגרף הבא: V V m ax 16.95v 8.22 לעניין הגדלים הקיצוניים: ראינו כי V 1 12.5 1 0.37 12.5 17.125 v : . V m ax כמו כן. V m in V 1 12.5 1 0.37 12.5 7.875 v : V m in ˆz 0.024 0.25 0.25 0.026 ניתן לראות ישירות בסרגל התחתון שכותרתו TRANSM. COEFF E OR Iאת הערך של כאשר מורידים אנך מנקודת החיתוך של הציר הממשי עם המעגל המרכזי שעשינו בתחילה. מסעיף א' ניתן לראות כי הגודל ההתחלתי הוא. V in 8.22 v : מהדיאגרמה ניתן לראות את מקדם ההעברה בסוף קו התמסורת ע"י מדידת הקו היוצא מהנקודה 1, 0 עד לנקודת החיתוך של המעגל שעשינו בתחילה עם הקו שיוצא מסרגל הזווית .לאחר שנמדוד את אורכו נניח אותו על הסרגל התחתון של ונגיע למספר שהוא מקדם ההעברה של הגל בסוף קו התמסורת. תיאום עכבות: כאשר קו תמסורת (כל מוביל גלים) משמש להעברת מידע אז אנו מעוניינים להגדיל את ההספק המועבר. אנו לא רוצים שיהיה גל חוזר. P P P : תיאום שנאי רבע אורך גל: המטרה היא לתאם בין 2קווי תמסורת כמתואר: מחברים מתאם עם פרמטרים. Z O T , 0.25 : התיאום הוא בין 2אימפדנסים ממשיים. |5 קווי תמסורת -סיכום ועריכה מאת שי ידרמן Z 02 Z L Z 02 Z OT Z 01 Z in V1 0 0 .2 5 כאשר נכנס לסמית מתוך המתאם נקבל: ZL Z L ממשי. Z 0T להדגמה נניח ש . Z L 1 -רק חצי סיבוב בדיאגרמה יביא אותנו חזרה למספר ממשי והוא שקול לרבע אורך גל. היות ו- 1 1 Z L אזי כאשר נלך חצי סיבוב נצטרך להציב :ונקבל: 1 y ZL 1 1 ' .Z L בשל תכונה זו בסמית ניתן להשתמש ב y -במקום Z :והמחיר הוא נצטרך להפוך את סוגי הקיצון . m ax m in 2 לאחר שעשינו נירמול לפי Z 0 Tנבצע דה-נירמול לפיו ונקבל: Z 0T ZL Z 0T Z L / Z 0T Z 0T ZL . Z in Z in Z 0 T 2 כלל :שיקוף דרך 0.25 תמיד נותן: Z0 ' Z . Z in לכן דרוש לשם תיאום . Z in Z L Z 0 T :נציב את העכבות של קווי התמסורתZ 01 Z 02 : 2 . Z 0T התיאום הוא תמיד דו כיווני. השנאי הזה תמיד יעביר אותנו מ m ax m in -ולהיפך היות והוא לוקח אותנו חצי סיבוב בדיאגרמה. הגדרנו בעבר: V m ax SW R וראינו גם את הקשר: Z V m in V m ax SW R כאשר. 0 : V m in דוגמא: שני עומסים R1 , R 2מוזנים ע"י קו 5 0 באמצעות 2שנאי רבע אורך גל. א .מצא את Z 01 , Z 02לחלוקת הספק שווה בין העומסים ותיאום בקו . 5 0 ב .מצא SW Rבכל שנאי. R1 64 4 l1 Z in1 R g 50 Z 0 50 Z in 2 4 l2 R 2 25 |6 קווי תמסורת -סיכום ועריכה מאת שי ידרמן V 1v f 1G H z פתרון: 2 א .נקבל: V Z in 2 2 , P2 V Z in 1 . P1 כעת: 1 y in 1 y in 2 Z in 2 Z in 1 P1 1 .לשם תיאום: P2 1 Z0 50 . y in1 y in 2 y 0 נקבל שני נגדים מקבילים וזהים ולכן. Z in 1 Z in 2 100 : נדרוש ממוצע גיאומטרי. Z 01 Z in1 R1 80 , Z 02 Z in 2 R 2 50 : ב .מתוך יחס האימפדנסים נמצא ישירות: 2 50 25 100 50 1 .1 2 5 , S W R 2 80 100 80 64 . S W R1 עד כאן הרצאה .6תאריך7.12.11 : שנאי רבע אורך גל – השלמות: ראינו כי תפקיד השנאי הוא לתאם בין שני אימפדנסים ממשיים שונים. ראינו כי מתקייםZ 01 Z 02 : המרחק d Tהוא: הגל הוא: v f0 4 Z 02 . Z 0T d T 0.25 .במצב הרמוני יציב ,אם תדר העבודה הוא , f 0אז אורך ולכן: v 4 f0 . d T השנאי מתאים רק לנקודת עבודה מסוימת .אחרת הוא לא יתפקד כפי שאנו רוצים. באופן כללי ,כל התאמה מהצורה: נציב: n : Z OT 1 2 n v 4 fn Z 01 : n d T או: 1 2 n 4 d T מקיימת את תנאי התיאום. f 0 1 2 n : n v 1 2 n 4dT Z 02 Z 01 Z 02 Z 01 . fn f בגרף הסמוך ניתן לראות בכחול את התלות של בתדרים. באדום מופיע הספקטרום של סיגנל התקשורת .רוחב ספקטרום התיאום הוא קטן. ניתן להרחיב אותו ע"י שירשור של מספר שנאי רבע אורך גל כאשר לכל אחד ציפוי שונה היוצר אורך גל אחר. לא נעסוק בטכניקה הזאת בקורס. 0 5 f 0 3f 0 f נשים לב כי בתיאום השנאי לתדר העבודה ,הגל שנכנס אליו מגיע לקצה השני והחלק שחוזר חזרה להתחלה עובר מרחק של חצי אורך גל אשר ידוע כי הופך את הסימן של הגל המקורי ,לכן כל ההחזרות מתקזזות. תיאום לעומס קצה (לאו דווקא ממשי טהור) – תיאום גדם: lx נתון קו התמסורת הבא עם העומס המחובר אליו. אנו רוצים לדעת מהו המרחק l xשממנו נוכל לחבר היגב מדומה טהור jb 1 X אשר יגרום לכך שלא יהיה גל חוזר ממנו חזרה ,אלא רק ממנו כלפי העומס. נעבוד עם y inבמקום . Z inהאימפדנס המנורמל הוא 1 : Z0 Z0 .b ZL jb Y x גלים חוזרים Z in ולכן. y in 1 : x ZL Z0 L Y Z .Z L .2הולכים על הקוטר שנוצר במעגל היחידה מ Z L -לקצה השני ושם נמצא . y L |7 בלי גלים חוזרים jb הטכניקה היא כדלהלן: .1עולים על הסמית עם Zn Z0 קווי תמסורת -סיכום ועריכה מאת שי ידרמן L 1 Re Y x Y .3אנו זקוקים ל y x jb 1 -ולכן דרוש. R e y x 1 Im y x jb : .4במעגל נלך לכיוון הגנרטור מהנקודה y Lונחתוך את המעגל . R e y x 1 .5נמדוד את הזווית שהלכנו מ y L -ל y x -ונוכל למצוא. l x / : .6את bנבחר כך שיבטל את החלק המדומה .נלך על הקו הירוק ונמצא אותו בסקלה העליונה. נזכור להפוך את הסימן שלו. ניישם את הרעיון באמצעות הדוגמא הבא: תרגיל: lx קו תמסורת Z 0 50 מועמס בעומס של Z L 80 40 j :כמתואר: א .ציין את 2המיקומים הקרובים ביותר שבהם ניתן לתאם ע"י גדם. ב .עבור כל אחת מהנקודות הללו ,ממשו את הגדם ע"י קבל או סליל. ג .עבור הנקודה הקרובה ממש את התיאום ע"י גדם Z 03 100 :מקוצר. Z0 ZL פתרון: א .נתחיל את החישוב 1.6 0.8 j : 80 40 j 50 ZL Z0 . Z L נסמן את הנקודה הנ"ל ב.A- עוברים לנקודה ממול ומוצאים את y Lומקבלים. y L 0.5 0.25 j : הולכים לכיוון הגנרטור (אנו נמצאים על Z Lוהולכים לכיוון Z 0בסרטוט). כאשר נעביר קו ישר מהראשית דרך הנקודה Bעד לסקלה החיצונית נקבל.0.45 : נלך עם מעגל היחידה ונמצא את נקודות החיתוך שלו עם המעגל . R e y x 1 מהם נמתח ישרים (מהמרכז החוצה) נקבל את הערכים 0.157 :למעלה ו 0.342 -למטה בנקודות y x 1 0.8 j y x 1 0.8 jבהתאמה. 1.57 y =1+ 0.8 j x A R e Y =1 l x 0.157 0.45 0.293 0.5 נחשב :יעד פחות מקור 0.207 : m odule L Z B L Y y =1- 0.8 j 0.45 x 0.342 . l x 0.342 0.45 0.108 0.5 וכן 0.392 : m odule ב .במקרה הראשון קיבלנו . y x 1 0.8 j :ז"א יש צורך ברכיב בעל: נקבל: 0 .0 1 6 1 L 1 j L 1 0 .0 1 6 y Z0 . y 0 .8 j y y y 0 ( .ממומש ע"י סליל מכיוון שקיבלנו סימן שלילי). במקרה השני y x 1 0.8 j :ולכן דרוש y 0.8 j y 0.016 j 1 j C :או. C 0 .0 1 6 : ג .נקצר ע"י גדם כמתואר באדום. אנו דורשים( y in 0.016 j 1 :ביקשנו בנקודה הקרובה). הערך המנורמל הוא: y in Z 0 s 1.6 j y in y0 s . y in lx נעלה על הסמית בנקודה .E אנו נהיה על העיגול החיצוני כי החלק הממשי הוא אפס. נסתכל בסקלה הפנימית – של העומס ונלך לכיוון העומס שהוא y in :מכיוון שיש קצר ,עד לנקודה .F בנקודה זו הערך המופיע הוא 0.25ולכן: |8 0.25 0.161 0.089 קווי תמסורת -סיכום ועריכה מאת שי ידרמן ZL F ls s . E Z0 תיאום הדואג להעברת הספק מירבי. Z g Z0 במערכת תקשורת דואגים לתיאום גם בצד הגנרטור: 2 היות וV g , Z g Z 0 - 1 2 , V יוצא ש- V Z0 P אינו תלוי בעומס. YL Vg Yin Yth התיאום דואג ל P 0 -לכן P P P :מירבי תחת תאום. כלומר ,לאחר ביצוע התיאום y L ,הינו העומס האופטימלי ,כלומר הצורך הספק מירבי ושינוי ערכו של y Lיקטין את ההספק המועבר. לפי זה נקבל כי y thבמעגל השקול הוא. y th y L* : l / x גם בסמית רואים זאת: ה y in -המנורמל שרואים מהכניסה (ז"א ) y th :הוא. y th 1 jb : 1+ jb L Y בסמית הלכנו לכיוון הגנרטור מרחק של . l x / :נמשיך כך ונקבל. y th y L* : * L 1-jb קווי תמסורת בתהודה: Y l / x ראשית נבין כי תהודה הוא ההיפך הגמור מתיאום .בתהודה אנו כולאים את האנרגיה בתוך אזור מסוים ולכן היא תמיד תחזור באופן מלא מכל הדפנות .לכן . S W R :דוגמא פשוטה לתהודה הוא קו תמסורת שמקוצר בשני קצוותיו. נניח שאורכו הוא . lפתרון שאינו אפס יתכן רק בתדרים מסוימים. נראה זאת מתרשים סמית: האימפדנס Z L 0 :ולכן אנו ממוקמים בנקודה . 1, 0 היות וגם Z in 0עלינו לחזור לאותה הנקודה ולא משנה באיזה כיוון. נקבל: : n n 2 n . l נרשום: 2T n v 2l n : n fn v . l רואים כי יש פתרונות בדידים שאינם אפס. 2 fn בתדרים אלו (הנקראים תדרי התהודה) ניתן לאחסן אנרגיה בתוך קו התמסורת (זה קורה עקב הקיבול וההשראות של החוטים). שימושים: נתבונן במערכת הבאה: כאשר מגיע גל מתח ,אם האימפדנס בין הנקודות Aו B-הוא אפס הגל יעבור חלק ,אחרת חלק ממנו יחזור .ניתן באמצעות התדרים הבדידים שראינו מקודם להביא את הקו הנוסף למצב של אימפדנס אפס. בתדרים Z in 0 :מתקיים: n 2T 1 f Z in f 1 v v . f n נקבל את הגרף הבא: רואים כי בתדר הנמוך ביותר מתקבל למעשה .BPF בדומה ,אם נחבר את הקו במקביל נוכל לקבל .BSF אפשר להגיע ממודל אחד לשני: 1 נשאל שאלה – באילו תדרים מתקיים? Z in : במקרה זה: : n 1 2 n רואים כי עבור n 0 :נקבל: |9 Z in 4 1 l או: n : 4T f 1 2n 4T . fn f 1 v f 0 אשר עבור המודל הראשון (הטורי) תדר זה מתפקד כ.BSF - קווי תמסורת -סיכום ועריכה מאת שי ידרמן v כאשר נסתכל בנקודה כלשהי בתוך הקו התמסורת יצטרך להתקיים. Z ' Z '' : זאת היות והם מדומים טהורים ולכן אם נרצה להחליף אותם נצטרך קבל וסליל עם ערכים זהים בערך מוחלט .נסמן ב l ', l '' -את האורכים ונראה כי מסמית מקבלים בדיוק את שני הצמודים .יוצא מצב שבו כאשר נסתכל ימינה נראה סליל וכאשר נסתכל שמאלה נראה קבל וקיבלנו ממש מעגל תהודה של .CL ' Z l ''/ l '/ Z '' Z ' '' Z עד כאן הרצאה .7תאריך14.12.11 : גלים מישוריים: ראינו באופטיקה את העיקרון של גל מישורי ומישורים שווי פאזה .ראינו שכיוון התקדמות ההספק הוא. P E H * : הגל המישורי שאנו נעסוק בו מתקבל מגלבו-לוחות .נעשה את הפיתוח לגל בתווך הומוגני (ללא נוכחות של מטענים וזרמים חופשיים): 2 2 E E 2 2 2 E E E E E 2 2 t t 0 0 מהיום נחליף: j t E H t H E / rot t E 0 E H 0 H .קיבלנו משוואת גלים תלת-מימדית ל . E -בדומה כאשר ניקח רוטור מהמשוואה הראשונה 2 1 H ( H 2נזכור: ונחזור על התהליך עם הזהות והפסילה לפי המשוואה האחרונה נקבל: 2 v t 2 1 2 v .) מחפשים תת-קבוצה של פתרונות המקיימים , x y 0 :ז"א ההשתנות תהיה רק בכיוון ˆ , zכלומר נקבל משוואות גלים E 0 חד-מימדיות ל . H , E -הפתרון של: 1 2 2 z 2 tהואf t z / v : v הוא . H g t z / v :מהתנאי x y 0 :מקבלים כי z zˆ :ולכן: שתמיד מתקיים . H zˆ :בדומה H zˆ z H z E :ולכן. E zˆ : 1 2 2 : של והפתרון E H 0 t z 2 v E zˆ z E z Hהמשמעות היא ללא הגבלת הכלליות נבחר את ציר ˆ xבכיוון . E נקבל E f t z / v xˆ :ונציב במשוואת מקסוולzˆ xˆ 1 / v f ' 1 g ' : אוf ' yˆ : 1 f ' yˆ f ' yˆ f ' yˆ 1 v . g ' קיבלנו את אימפדנס החומר . -באוויר הוא. 3 7 7 : V E x . I H yהאנלוג תקף אפילו לתופעות מעבר. אלו תוצאות זהות לפתרונות של V , Iבמודל הטלגרף והאנלוג הוא: Z 0 נמשיך ישר למצב הרמוני יציב .ראינו כי שם f p e j p :ע"י הצבת t j :במשוואת הגלים החד-מימדית .סימנו: וקיבלנו את הפתרונות. e j z : | 10 קווי תמסורת -סיכום ועריכה מאת שי ידרמן v דוגמא של שיפור שקיפות זכוכית: רוצים לצפות זכוכית בעלת r 4 :בשכבה דיאלקטרית למניעת החזרות. א .תכנן את השכבה (העובי של ) rעבור אור אדום. f 4 10 14 H z : ב .חשב את מקדם ההחזרה עבור אור סגול( . f 7.14 10 14 H z :הנח זכוכית בעובי אינסופי) פתרון: שכבת ציפוי א .כאן הזכוכית לא צריכה להיות אינסופית אלא בעלת רבע אורך גל. אין לנו מניעה מלצפות את הזכוכית בשני הצדדים כאשר האימפדנס של הציפוי בכל קצה שווה לאימפדנס של הזכוכית באותו צד .האימפדנס של הזכוכית עובר רבע אורך גל וכך יש לנו מצב שבו אין החזרות כי מתרחשת התאבכות הורסת. אוויר נפתח ונקבל1 r gl : האורך הוא: rT 0.1325 m 0 r gl air 4 rT 0 T d 2 1 rT אוויר זכוכית אנו מתארים את המודל השקול של המערכת לשנאי רבע-אורך-גל באיור הסמוך: לפי מה שלמדנו על השנאי רואים כי מתקיים. Z 02T Z 0 Z 0 gl : 0 שכבת ציפוי c/ rT .גם מתקבל ממוצע גיאומטרי. r vT 4f 4f T 4 0 / . dT Z 0 gl rT Z0 0 Z L Z 0T 0 / ב .משנים את התדר .היות והאורך לא השתנה השנאי שלנו כבר לא יהיה רבע-אורך-גל ולכן תהיינה החזרות. צריך לבטא את d Tבמונחי : T new 1 0 .2 9 7 m 0 .4 2 m 2 1 c rT f new d T לכן: 0.45 dT T new . כדי למצוא את ההחזרה אפשר לפתור עם סמית או עם הנוסחאות .כמובן שנבחר בסמית.... נחשב: 0.707 Z 0 gl Z 0T . Z L נמצאים על הציר הממשי בנקודה הנ"ל והולכים כמעט סיבוב שלם. נקבל Z in 0 .7 3 0 .1 5 j :לפי Z 0 Tואז: L 0 2 . Z in Z in Z 0 T 0.73 0.15 j אפשר לנרמל ל 0 -ולמצוא :או ישר לפי נוסחא: 0.34 164 Z in Z 0 Z in Z 0 Z Z in . הפסדי הולכה: נביט על כבל דו-גידי: במצב אידיאלי ההספק נע קדימה באופן שווה לאורך כל קו התמסורת. מה שקורה במציאות הוא שחלק מההספק נבלע בתוך קו התמסורת. החלק שנבלע דועך אקספוננציאלית .נראה זאת ע"י הפיתוח הבא: S נגד S H H S E E S מצב מציאותי לגבי הנגד – ההספק מתפרש על פני שכבת המוליך החיצונית. נשתמש במודל הגל המישורי כדי להסביר את מנגנון החדרת ההספק לתווך מוליך: H j E E j H . משוואות מקסוול בתווך דיאלקטרי אחיד: E 0 H 0 עבור x y 0 :פתרון גל מישורי מתקדם שהפאזה שלו הינה e j zהוא E E 0 xˆ :ו- | 11 קווי תמסורת -סיכום ועריכה מאת שי ידרמן ˆE 0 y 1 0 .H מצב אידיאלי משוואות מקסוול בחומר בעל מוליכות אחידה ותכונות דיאלקטריות אחידות : r H j E E j E j . E j H E H 0 H נזכור כי . J E :נבצע דיברגנס למשוואה הראשונה: ממה שקיבלנו יוצא שבהכרח . 0 :נכתוב פעם נוספת j E j . 0 j E E 0 j H j C E E j H את המשוואות עם מה שנשאר: E 0 H 0 כאשר: j .C ההבדל הוא ב C -המאפשר המשכה אנליטית של פתרון הגל המישורי במישור התדר. עבור מוליך נקבל: ש- j 0 C C Ex ,חזית הגל היא: Hy z C e j כאשר . C 0 C :נשים לב כי Cמרוכב מכיוון . C מתקיים R e C 0 , Im C 0 :ולכן ניתן לכתוב C R j I :ויש לנו דעיכה בציר ˆ. z הדבר אקוויולנטי עם משפט הפוינטינג .הגל חודר לתוך המוליך עד עומק אופייני מסוים שנקרא עומק החדירה ).(Skin depth מסמנים: 1 . מכאן רואים כי הזרם במצב ACזורם רק על פני השכבה החיצונית של הנחושת בעובי התלוי בתדר. I האפקט הזה נקרא אפקט הקרום ) .(Skin effectאפקט דומה שלא נעסוק בו הוא .Proximity effect עד כאן הרצאה .8תאריך21.12.11 : הפסדי הולכה – המשך: ראינו כי בכל מצב אלקטרומגנטי שבו מעורבים מוליכים עם מוליכות סופית כלשהי ,מתפתח ווקטור פוינטינג הניצב לפני המוליך. (לא חשוב מה הכיוון הכללי של ווקטור הפוינטינג) .למשל ,שני לוחות מקבילים עם נגד בסוף: באופן כללי ,ההספק Sחודר ניצב לתוך פני המוליך וניתן לנתח את ההתנהגות ע"י גל מישורי החודר לתוך המוליך. הניתוח נכון אם רוצים שרדיוס העקמומיות יהיה קטן מעומק החדירה. נגד כלשהו עם מוליכות סופית. חלק מההספק נכנס פנימה לתוך החוטים בניצב. S S S נתאר את השדות במערכת צירים הבאה: z | 12 ניתן לתאר ע"י האנלוג הבא: x S x y E 0 , c0 H y קווי תמסורת -סיכום ועריכה מאת שי ידרמן H E מבט צדדי של שני לוחות עם נגד בקצה שלהם. 0 לפי האנלוג לקווי תמסורת נקבל כי: c 0 c C 0 r j i , Z 0 c וכן: j .c נוציא שורש ל c -בהמשכה אנליטית ונקבל מבחינת הסימנים. Re c 0 , Im c 0 : מקרה פרטי חשוב במיוחד (מוליך מצוין – למשל נחושת): rad sec אפילו בתדרים גבוהים מאוד 1 j בהוצאת שורש נזכור כי: 2 1 7 m 10 14עדיין יתקיים: , C U 5 .7 1 0 7 0 F 10 . 0 8 .8 5 1 0 1 2 m ולכן ניתן לקרב: 0 . j האימפדנס יקורב ל Z oc R s 1 j -כאשר: j .c - R s האימפדנס המשטחי. 2 לעניין מקבלים כי r i :כי יוצא מדומה טהור והוצאת שורש ממדומה טהור נותנת 4 5 ולכן ההיטלים זהים. 0 הערך המתקבל הוא: נניח שנתון z0 2 . r i עומק החדירה הוא: 2 0 Hעל פני המוליך .ווקטור הפוינטינג שחודר פנימה הוא : z0 1 * 1 i . . S conductor R e E H (אנו רוצים את החלק הממשי כי החלק המדומה של ההספק במישור הזמן נכנס ויוצא לסירוגין ולכן לא משתתף בחישוב שלנו כלל). נפתח ונקבל: z0 Rs 2 R e Z oc zˆ H 2 z0 zˆ H z 0 * . S conductor zˆ R e Z oc H H כדי למצוא את סך ההספק האקטיבי ליחידת שטח נבצעdz : 2 * dz E E dz E 0 Re S 0 V . 0 נפשט E x z E x 0 e j z E x 0 e j z e z E x z E x 0 e 2 z :ונציב: 2 2 c 2 2 2 H y 0 0 Rs H y 0 0 2 2 Z 0c H y 0 2 2 Ex 0 2 dz 2 z e 2 . E dz E x 0 2 0 0 התוצאה נובעת ממשפט הפוינטינג. במוליך מושלם - nˆ H 1 H 2 J s :מה שאין כן אצלנו כי השדה המגנטי דועך אקספוננציאלית. יחד עם זאת נהוג לקרב בכל זאת ולרשום . nˆ H J s :מכאן שמבחינת הגדלים( . H J s :השדה המגנטי הוא על פני המוליך).. לכן נוכל להכליל ולומר: 2 ההספק האקטיבי החודר ליחידת שטח על פני מוליך שווה ל J s R s -כאשר: 1 , Rs 2 0 . טענה :לצורך חישוב הפסדי הולכה ניתן להתחשב כאילו שיש זרם Jאחיד בעומק . l הוכחה: J נחתוך "פרוסה" בעומק משכבת המוליך: חישוב ההספק ליח' שטח: אם נתייחס לזרם המשטחי אז: ההספק הכולל הוא: | 13 l W I W ,Js l W - R עבור זרימה אחידה בנגד. 2 2 R I 2 . P Iההספק ליח' שטחR s : קווי תמסורת -סיכום ועריכה מאת שי ידרמן 2 2 I 1 . Js W l W l W W l I P W דוגמא: 1 נתון חוט כסף עם: 0 .8 1 0 8באורך 1mורדיוס 1m mשדרכו זורם זרם אחיד . 1 A m א .חשב הספק על החוט ב.DC- ב .חשב הספק על החוט ב. f 1G H z - פתרון: 2 א .ב DC-מקבלים : 0 0 1m 3 הפילוג אחיד ולכן: 4 10 6 ב .נמצא 1m m : - השדה החשמלי אחיד לא קיים שדה מגנטי ואין גל. 2 3 0.8 10 10 8 l A 2 1.78 10 8 0.8 10 7 2 10 4 10 9 . R וההספק. P I 2 R 4 mW : . כדי לחשב הספק ישנן שתי גישות: גישה א' :ניקח רק את שטח ה"-טבעת" החיצונית שבה זורם הזרם: נקבל 1.14 : l 2 r r 2 R ואז. P I 2 R 1.14W : גישה ב'( :כללית וניתנת ליישום במצבים מורכבים יותר) הזרם: A 1 5 9 .2 m ההספק ליח' שטח 1A 3 I 2 1 0 W הואR 1 7 8 2 : m J s ההתנגדות: 2 r 2 1 3 7 1 0 6 0 .8 1 0 1 .7 8 1 0 8 l . Rs . J sהשטח הוא( A l 2 r :המעטפת החיצונית) ולכן. P 1 7 8 A 1 .1 2W : ההבדל בין הגישות נובע אם נבצע את הקירוב . r 2 r 2 r :בגישה הראשונה. 2 פני מוליך עם עקמומיות: פתרון מדויק אפשרי רק אם פני מוליך בלי עקמומיות: נקבל: Z 0c 0 Z 0c 0 Z oc R s 1 j 0 . מבחינת השדות. E xr E xi , H yr H yi : 2 מרציפות . H yt H yi H yr :ההספק . S t E yt H yt * H yt Z 0 c :לכן החלק הממשי הוא: 2 . R e S t R s H yt 2 בחישוב המקורב 1 :ואז H yt 2 H yi J s , H yi H yr :וההספק. R e S t J s R s : מסקנה :היות והקירוב מספיק טוב לעניינינו ניתן ליישם אותו כשפני המוליך בעלי עקמומיות כלשהי. יישום השיטה הגנרית לחישוב מקדם דעיכת הספק במובילי גלים :TEM נתונים שני מוליכים וגל TEMמתקדם בניהם. מתקייםR s dl : 2 2 z0 נקבלH da : H R s dz C Z0 2 Js C 2 dP dz כאשר C :היקף מוביל הגלים ב z -קבוע. P Iכאשר A :הוא שטח חתך. A מגדירים: | 14 dP / dz P ואז P P0 e z :וכן V V 0 e z :כאשר. 2 : קווי תמסורת -סיכום ועריכה מאת שי ידרמן dz דוגמא: יש לנו גלבו-לוחות מנחושת כמתואר כאשר. w d : נחשב את R s H s dl : dP C dz . השדה המגנטי על פני השטח הוא אחיד: 2 נקבל: 2 I 2 Rs 2 w ההספק הוא: d w I w w I w d .H 2 . R s dl R s 2 w H s R s 2 w 2 C 2 P I Z 0 I והמקדם: 2 Rs . wZ0 אם f 3 M Hz :אז עומק החדירה יוצא . 38 m :ההתנגדות יוצאת: בדציבלים מקבלים: 3dB 300m dB m 4 4 .5 1 0 1 R s ואז: np d B 0 .0 1לפי הקשר. dB 4.3 : אם f 3GHz :אז, R s 0.014 , 1.2 m : np m 0 .0 7 6ובסוף: 3 dB 9.2 m רואים כי כאשר התדר גדל פי ,1000יש לנו ירידה לחצי הספק ב 9.2-מטרים בלבד. עד כאן הרצאה .9תאריך28.12.11 : | 15 H E קווי תמסורת -סיכום ועריכה מאת שי ידרמן dB m . d B 0.33 m . 2 .4 1 0 3