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Linea di Trasmissione a Microstriscia (simulazione)

Elettronica lineare e digitale: didattica ed applicazioni

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[11] Re: Linea di Trasmissione a Microstriscia (simulazione)

Messaggioda Foto Utenterichiurci » 6 feb 2018, 15:20

dunque... per rispondere alla gentil donzella ho rispolverato il software Microwave Office.

Prima di tutto verifica con il tool txline:

linea 50 Ohm W= 1,335

linea 46,9 Ohm W=2,59 lambda/4=41,2mm

txline002.jpg
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[12] Re: Linea di Trasmissione a Microstriscia (simulazione)

Messaggioda Foto Utenterichiurci » 6 feb 2018, 15:22

Questa la struttura simulata; ho lasciato w50=2,35

txline001.jpg


poi ho ottimizzato la LUNGHEZZA del lambda/4 (che tu non citi) per avere il picco di adattamento a 1GHz; è venuta l=41mm.

Simulando l=36 e 46 mm si ottengono le curve più chiare col picco un po' più alto e più basso.

La curva chiara piatta (da -24 a -21) è ottenuta con l=0mm e chiarisce perché il valore 44Ohm sarebbe comodo sul campo, ma è troppo "facile" da adattare, perché anche senza trasformatore ottieni più di 20 dB

txline003.jpg


i picchi successivi sono risonanze multiple del trasformatore.

La tua simulazione non era ottimizzata, avendo il picco a circa 1,2 GHz
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[13] Re: Linea di Trasmissione a Microstriscia (simulazione)

Messaggioda Foto Utenterichiurci » 6 feb 2018, 15:32

queste le simulazioni al variare di w del trasformatore (2,41, la nominale 2,61 e 2,81): il picco è meno pronunciato e leggermente spostato, ma ovviamente a 1GHz sia 2,41 che 2,81 portano un minor adattamento proprio perché non è più Z= radice(50*44)

txline004.jpg



E tu dirai: ma la risposta ai miei dubbi?

Eeeeehhhhhhh devi provare a arrivarci PRIMA di leggere il prossimo post, cosa sucecde variando la epsilon? :mrgreen:
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[14] Re: Linea di Trasmissione a Microstriscia (simulazione)

Messaggioda Foto Utenterichiurci » 6 feb 2018, 16:03

simulazioni per 3,4 e 4,3 (linee più chiare) e poi per 5.3:

txline001.jpg


non si capisce molto...mah... ma in effetti il dubbio avrebbe dovuto venirmi: non è troppo una variazione di +-23% della epsilon?

In effetti...tornando al comodo tool, con eps=5,3 ricavo:

txline002.jpg


come prevedibile, sia la lunghezza che la larghezza dovrebbero essere MINORI: 37,72mm (invece di 41,2) e 2,22mm (invece di 2,59).
E' confermato, ovviamente, che una aumento di eps porta a una miniaturizzazione delle strutture.

Viceversa, se aumento eps senza correggere le dimensioni ottengo una simulazione (quella poco comprensibile) che UNISCE due effetti drammatici: una trasformatore troppo largo e troppo lungo; insomma una unione dei due grafici messi prima con modifiche di l e separatamente di w.

In particolare a confondere il grafico sono le variazioni di impedenza, che "spanciano" i picchi rendendo il tutto poco chiaro.
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[15] Re: Linea di Trasmissione a Microstriscia (simulazione)

Messaggioda Foto Utenterichiurci » 6 feb 2018, 16:20

Ora cara Foto Utentemsb0ne sto finalmente arrivando al dunque... mi scuso per la lungaggine ma ho approfittato della domanda per fare un ripasso anche del simulatore.

La richiesta del prof è effettivamente eccessiva, sembra una domanda "trabocchetto" o legata a scarso senso pratico.
Infatti cercando un po' online ho trovato questo documento della rogers (noto costruttore di laminati di qualità):
https://www.rogerscorp.com/documents/21 ... inates.pdf

A pag 29 dice che una tolleranza del 10% (NON 23%...) sulla eps è ormai standard, e si arriva anche al 2 o all'1%.

Fisso un ragionevole +-5% e quindi la eps varierà di +- 0,2 circa. Le variazioni in lunghezza e larghezza sono molto più contenute ecco il trasformatore dimensionato con eps=4,5

txline001.jpg
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[16] Re: Linea di Trasmissione a Microstriscia (simulazione)

Messaggioda Foto Utenterichiurci » 6 feb 2018, 16:44

Ecco le simulazioni, limitate a un range in frequenza più stretto per concentrarci a 1 GHz

eps = 4.1, 4.3 e 4.5 (linea più scura), è evidente come con eps in aumento il picco di adattamento di sposta in basso, mentre è più pronunciato per eps=4.3 (valore corrispondente alla struttura ottimizzata)

txline002.jpg


di solito nella pratica non si lavora solo "a 1 GHz" ma si deve definire una certa banda (es 0.9-1.1 GHz).

Comunque ipotizzando di avere una banda molto stretta intorno a 1 GHz le variazioni del 5% di epsilon porterebbero a un peggioramento dell'adattamento da valori maggiori di 50dB a circa 32-33dB.

Se basta il progetto "funziona" altrimenti si potrebbero valutare strutture più complesse, per esempio un doppio trasformatore lambda/4.

A tutto questo discorso poi bisognerebbe aggiungere le altre variazioni: tolleranze dimensionali, variazioni in temperatura ecc.

E per ora ho finito :mrgreen:
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[17] Re: Linea di Trasmissione a Microstriscia (simulazione)

Messaggioda Foto Utentemsb0ne » 6 feb 2018, 17:44

rieccomi, innanzitutto ringrazio tutti e due, ma in particolare ringrazio te richiurci, per le speigazioni dettagliate e l'enorme supporto fornitomi :)

allora, io inizialmente ho dimensionato questa struttura per epsilon pari a 4,3, che quindi risulta ottimizzata per questo valore, e ho ottenuto quei risultati del coefficiente di riflessione troppo buoni, fin troppo e come hai detto tu nella pratica difficilmente raggiungibili.

per variazioni della epsilon del substrato, lasciando invariato tutto il resto, la chiave di lettura più semplice potrebbe essere quella proposta anche da DrCox, nel senso che ok, la linea è ottimizzata per epsilon pari a 4,3, diminuendo questa a 3,3 o aumentandola a 5,3, ciò che si modifica (a dimensioni fissate) sono le impedenze caratteristiche dei due tratti di linea (linea da adattare e trasformatore)... e quindi variando le impedenze caratteristiche di questi due tratti ci sono dirette conseguenze sul coefficiente di riflessione, che appunto perché non cambio le dimensione la linea non è più otimizzata per quei valori di permittività del substrato, e quindi c'è più disadattamento e il coefficiente di riflessione si abbassa in entrambi i casi.

però quel che noto è che nonostante il peggioramento, i valori del coefficiente di riflessione sono comunque troppo buoni! nel senso, di solito si valuta un buon adattamento per il coefficiente di riflessione minore di -10dB, giusto? quindi, si, il coefficiente di riflessione e quindi l'adattamento peggiora, tuttavia c'è sempre un buon funzionamento della struttura? questo magari perché c'era appunto poco da adattare in partenza, nel senso che la linea da adattare era da 50 ohm e il carico di 44 ohm data la mia matricola..

cioè, penso sia questo un abbozzo di tutto questo fenomeno, correggimi se sbaglio.. tuttavia come glielo posso scrivere in maniera più credibile? ?%


EDIT: e si, scusami tanto! allora il tratto della linea da adattare è 10 mm, mentre il trasformatore è lungo appunto 41 mm come hai detto tu, poi rimangono 12 mm di distanza dal bordo del substrato (e anche queste dimensioni non vengono variate)
Ultima modifica di Foto Utentemsb0ne il 6 feb 2018, 18:07, modificato 1 volta in totale.
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[18] Re: Linea di Trasmissione a Microstriscia (simulazione)

Messaggioda Foto Utenterichiurci » 6 feb 2018, 17:53

tutto giusto ma...

siccome si parla di esami di campi, la risposta "ci si allontana dall'ottimo e quindi peggiora" mi sembra un po' lapalissiana.

Non so se avete usato la carta di Smith, per capire cosa succede bisognerebbe farlo...i grafici in dB dei simulatori sono molto meno "educativi".

Io gliela metterei giù così, se è uno "aperto" dovrebbe apprezzare l'approfondimento, magari puoi anche ammettere di aver chiesto e cercato online per chiarirti le idee:

" la struttura ottimizzata a 4.3 presenta ottime prestazioni con adattamento maggiore di 50dB.
Le variazioni di epsilon dopo simulazione portano un degrado consistente (limitato solo dalla poca differenza tra le due impedenze) e una indagine ha verificato che la variazione è percentualmente eccessiva rispetto ai normali standard costruttivi.
Una più ragionevole variazione del +-5% evidenzia meglio il comportamento prevedibile da teoria, cioè lo spostamento in basso della frequenza di funzionamento ottimo all'aumentare della epsilon"
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[19] Re: Linea di Trasmissione a Microstriscia (simulazione)

Messaggioda Foto Utentemsb0ne » 6 feb 2018, 18:14

si potrei anche scrivergli e linkargli il manuale della rogers (magari si scoccia a leggere, non so) ma forse è anche meglio che mi mantengo scolastica, del tipo "diminuendo o aumentando la epsilon, a dimensioni fissate della struttura a microstriscia, variano le impedenze dei tratti di microstriscia con conseguente diminuzione del coefficiente di riflessione, il quale era ottimizzato con valori fin troppo idealistici per un valore di permittività pari a 4,3 del substrato. Ma nonostante le variazioni della epsilon il funzionamento complessivo della struttura non è fortemente intaccato e risulta adattare in maniera adeguata ugualmente, anche perché i valori delle impedenze da adattare sono pressochè vicine"... detta in maniera molto terra-terra...

comunque sulla carta di smith, c'è giusto una pagina sui moduli, non ne so molto ma so che è importante in fase di progetto e analisi.
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