Csíkvonal

RF szerelvény (erősítő) csíkvonalú struktúrákkal (pl. Impedancia illesztéshez, mint sáváteresztés, sávleállás, aluláteresztés); A jobb oldalon egy keringetőszivattyú található a fémlemez fedele alatt

Csíkvonalak kapcsolható fázisváltóként vagy késleltető vonalakként ( radar technológia )

Mint egy szalag vonal ( angolul microstrip ), egy bizonyos osztály elektromos hullámvezetők , ill. Az összes vonal közös, hogy egy vagy több vékony, vezetőképes csíkból áll, amelyeket dielektrikumra alkalmaznak. A csíkvonalas szerkezetek, pl. B. egy síkban elrendezett vonalcsíkokból állnak. Gyakran fémes felületen vagy felett helyezkednek el.

Az alkalmazási terület a nagyfrekvenciás technológia, és mindenekelőtt a mikrohullámok területe-a szalagok költséghatékonyan és reprodukálhatóan előállíthatók meghatározott impedanciák előállítására a nagy jelfrekvenciák átvitelére, csatolására és szűrésére szolgáló áramkörökben.

Az antennák előtolása és a radiátor elemei szalagvezetőként is kialakíthatók.

Szinonimák és megkülönböztetés más kifejezésektől

• Az angol szó mikrosztrip leírja a elrendezése a felületén szigetelő lemez (áramköri lap vagy kerámia).
• A szimmetrikus szalagvonalhoz az angol csíkvonalat használják . Az eltolt szalagvonal olyan szalagvonal, amely különböző távolságokra van a földi síkoktól .
• Szerint e terminológia egy síkban vonal ( egy síkban rádiófrekvenciás ) egy microstrip „keretes” egy groundplane , azaz egy alaplap egy síkban.

A microstrip line kifejezés messze a leggyakoribb, és gyakran használják minden típusú építéshez. Ezért célszerű elválasztani a kifejezéseket az angol nyelvhasználat alapján.

A tervek leírása azt sugallja, hogy a nyomtatott áramkörök (áramköri lapok) általában szalagvonalak. A szalagvezetők szerkezete alapvetően ugyanaz, de nem feltétlenül vannak méretezve és hullámvezetőként működnek. Azoknál a paramétereknél, amelyek meghatározóak a sztrippek szempontjából (impedancia, veszteségtényező, hullámterjedési sebesség, diszperzió, sugárzás), figyelembe kell venni azokat az áramköröket, amelyek gyors kapcsolási folyamata <1 ns. A frekvencia itt csak alárendelt szerepet játszik.

Tulajdonságok hullámvezetőként

A szalagvonalak úgy vannak méretezve, hogy általában csak kvázi TEM hullámok terjedhetnek. Néhány egyszerűsítéssel ezek szinte TEM-hullámoknak tekinthetők : mind az elektromos, mind a mágneses mezők szinte kizárólag merőlegesek a terjedési irányra, mint a koaxiális vagy kétvezetékes vonalak esetében is . Ennek előfeltétele, hogy a vonalak keresztirányú mérete kicsi legyen a hullámhosszhoz képest. A szalagvonalakat csak rövid távolságokra használják a szerelvényeken belül.

A szalagok előnye, hogy olcsón, reprodukálhatóan és anyagtakarékos módon gyárthatók. Ez különösen fontos azoknál az összetett áramköröknél, amelyekben más, szalagokból álló komponensek is előfordulnak.

További előny a síkszerkezeten kívüli alacsony mezőterjedés, ezért csak kis mennyiségű hullám kerül a helyiségbe. Ezért a szalagvonalas technológiával gyártott nagyfrekvenciás áramkörök gyakran működtethetők minden oldalról zárt ház vagy egyedi, különálló kamrák nélkül is.

A szalagvezetők által táplált panelantenna sugárzóelemei (téglalapjai) ; A szalagvezetők meghatározott szélességgel és hosszúsággal rendelkeznek az impedancia és az áthaladási idő illesztése érdekében

A szalag hullámimpedanciáját a szélessége, valamint a szigetelő szubsztrátum vastagsága és dielektromos állandója határozza meg. Mivel az utolsó két mennyiség általában állandó, a szalagáramkörök kiszámítása és szimulálása egyszerűbbé válik. A számítási eszköz itt található.

A nagyfrekvenciás jelek feldolgozása mellett a szalagvonalas szerkezeteket antennákban vagy antennákban is használják . Ennek során gyakran alkotják mind a betápláló, mind az alkalmazkodó komponenseket, mind a sugárzó elemeket egy közös hordozón, például a patch antenna , a spirál antenna , a panel antenna és a dipól antenna is . Mindezek az antennák teljes egészében sík szalagszerkezetekből állíthatók elő. A spirális antennák is gyakran szalagvezetőkből készülnek, itt azonban henger vagy kúp köré vannak tekerve. Mindezekben az esetekben a vonalhoz kötött hullámok fázispozícióit és impedanciáit a szalagok hosszúságának és szélességének változtatásával hozzák létre úgy, hogy tereiket úgy helyezik egymásra, hogy (gyakran irányított) sugárzás rádióhullámként zajlik .

Tervek

Számos olyan kivitel létezik, amelyek bizonyos körülmények között kombinációban is használhatók. Ebbe beletartozik:

• Microstrip vonal
• Szimmetrikus csík
• Egysíkú vonal, szimmetrikus vagy aszimmetrikus
• Dupla szalagkábel
• Árnyékolatlan résvonalak (pl. A Vivaldi antenna része )
• Árnyékolt, d. H. Slot épült vonalakra egy hullámvezető (más néven FIN vonalak):
  • egyoldalú végső irányítás
  • kétoldalú végső irányítás
  • antipodális úszóvonal

Microstrip vonal

Metszés egy microstrip vonalon keresztül. Az (A) vezetőt a (C) aljzat választja el az alaplaptól (D). A felső dielektrikum (B) a levegő.

Ahogy mikrosztrip vonalak , szalag vonalak említett, amely áll egy áramvezető szalagot, amelyek egymástól egy dielektromos hordozót egy vezető felületre. Többnyire néhány száz megahertz és 20 gigahertz közötti tartományban lévő elektromágneses hullámok szállítására és feldolgozására használják.

A mikroszalag-vezeték egy nem vezető szubsztrátumból ( nyomtatott áramköri lap ) áll, amely teljesen fémezett az alsó oldalon ( földi sík ). A felső oldalon egy szalag (vezetőpálya), azaz meghatározott keresztmetszetű vezető van elrendezve. Ez a szalag általában úgy készül, hogy a felső fémezést maratással vagy marással megmunkálják.

Szubsztrátumként különböző dielektrikumokat használnak. Az üvegszállal megerősített PTFE -t ( RT / Duroid ) nagyon gyakran használják . Magasabb igényekhez alumínium -oxidot használnak más kerámiaanyagok mellett . Az FR4 (üvegszálerősítésű epoxigyanta ), amely a szokásos áramköri lapgyártásban gyakori, általában alkalmatlan néhány GHz feletti frekvenciákra, mivel veszteségi szöge túl nagy.

Egyrészt a jel a szalagvezető és az alaplap közötti térben terjed. Másrészt a mezővonalak a szalagvonal feletti szabad térbe is belépnek, amely általában levegővel van feltöltve. Ezért inhomogén dielektrikumról kell beszélni.

Ha a szalagvonal megszakad, a jel bizonyos körülmények között átugorhatja a rést, majd tovább terjedhet.

Vonal impedancia

A szalagszakasz háromdimenziós nézete. A felső dielektrikum a levegő. A változókat H. Wheeler képlete magyarázza. További információ: elektromos mező állandó , a szalagvonal hossza.
${\ displaystyle \ varepsilon _ {0}}$
${\ displaystyle l}$

A nyomtatott áramköri lapokon lévő mikroszalagos vonalak esetében bizonyos esetekben pontos megoldás adható a vonalimpedanciára (jellemző impedancia), a legáltalánosabb formát H. Wheeler 1965 -ből származtatva a következő formában:

${\ displaystyle Z _ {\ text {Line}} = {\ frac {Z_ {0}} {2 \ pi {\ sqrt {2 (1+ \ varepsilon _ {r})}}}}} \ ln \ left ( 1 + {\ frac {4h} {w _ {\ text {eff}}}} \ bal ({\ frac {14 + {\ frac {8} {\ varepsilon _ {r}}}} {11}} { \ frac {4h} {w _ {\ text {eff}}}} + {\ sqrt {\ left ({\ frac {14 + {\ frac {8} {\ varepsilon _ {r}}}} {11} } {\ frac {4h} {w _ {\ text {eff}}}} \ right) ^ {2} + \ pi ^ {2} {\ frac {1 + {\ frac {1} {\ varepsilon _ { r}}}} {2}}}} \, \ jobb) \ jobb)}$

w _eff a vonal tényleges szélessége, beleértve a fémezés vastagságának korrekciós tényezőjét. Ezt a tényleges szélességet a következő egyenlet adja meg:

${\ displaystyle w _ {\ text {eff}} = w + t {\ frac {1 + {\ frac {1} {\ varepsilon _ {r}}}} {2 \ pi}} \ ln \ left ({ \ frac {4e} {\ sqrt {\ left ({\ frac {t} {h}} \ right) ^ {2} + \ left ({\ frac {1} {\ pi}} {\ frac {1} {{\ frac {w} {t}} + {\ frac {11} {10}}}} \ jobb) ^ {2}}}} \ jobb)}$

Mivel az elektromos mező egy része nem fut az áramköri lap dielektrikájában, függ az áramköri lap geometriájától is. Ezt a vonal fizikai hosszának meghatározásához használt tényleges permittivitási szám adja meg:

${\ displaystyle \ varepsilon _ {re} = {\ frac {\ varepsilon _ {r} +1} {2}} + {\ frac {\ varepsilon _ {r} -1} {2}} \ cdot \ left ( 1 + 10 \ cdot {\ frac {h} {w}} \ right) ^ {- 0 {,} 555}}$

val vel

${\ displaystyle Z_ {0}}$a szabad tér hullámellenállása ( ),${\ displaystyle \ kb 376 {,} 73 ~ \ Omega}$

${\ displaystyle \ varepsilon _ {re}}$a tényleges permittivitási szám ,

${\ displaystyle \ varepsilon _ {r}}$az aljzat permittivitási száma ,

${\ displaystyle w}$ a microstrip vonal szélessége,

${\ displaystyle h}$ az aljzat vastagsága,

${\ displaystyle t}$ a fémezés vastagsága és

${\ displaystyle e}$az Euler -szám (nem az elemi töltés)

A vonalimpedancia fenti egyenlete aszimptotikusan pontos értékeket ad a következő feltételek mellett :

1. w ≫ h , bármely ε _r
2. w ≪ h és ε _r = 1
3. w ≪ h és ε _r ≫ 1

Minden más esetben a fenti egyenletben szereplő egyenlőségjelet ≈ -val kell helyettesíteni, és a közelítés hibája általában kevesebb, mint 1%, és garantáltan kevesebb, mint 2%.

Ezenkívül a szakirodalomban számos más, többnyire egyszerűbb közelítési egyenlet is létezik, korlátozott érvényességi területtel.

Beágyazott csík

Aszimmetrikusan beágyazott vonal keresztmetszete ( eltolt szalagvonal ) A; B, D - földi síkok; C - dielektrikum

A vezetőcsíkok mikroszalag vonalával ellentétben szimmetrikus szalagvonal (angol szalagvonal ), mint fent, egy egyenlő vastagságú alsó dielektrikum borítja, és párhuzamos két vezető réteggel (földdel), amelyeket a dielektrikumokra alkalmaznak. Mivel az elektromos mező vezetékei nem tudnak belépni a fenti és az alatta lévő szabad térbe a vezető anyaggal való teljes borítás miatt, homogén dielektrikum van jelen, ami csökkenti a diszperziót . A hullám terjedési sebessége alacsonyabb, mint a többi kivitelnél.

A szimmetrikus szalagok gyártása nehezebb a több réteg miatt, többek között azért, mert csak korlátozottan állnak rendelkezésre jó dielektrikumok a többrétegű áramköri lapokhoz.

Ha a távolság a két földi síktól eltér, akkor az egyik eltolt szalagvonalról beszél angolul .

Egysíkú vonal

Egy síkvonal metszete

Strip vezetékek nevezik , mint egy síkban vonalak találhatók ugyanabban a síkban, mint a fémmel bevont Testelt (lásd a képen), és csak elválasztva azt a rést G. Minden vezető réteg a H vastagságú dielektrikum egyik oldalán fekszik. Levegő vagy földsík van az aljzat alatt. A legjobb esetben vékony fedőréteg van az áramkörön, így az elektromos mező vezetékei a levegőbe jutnak, ezért a dielektromos közeg inhomogén.

A felső, vonalakkal megszakított, és az alsó, zárt talaj síkját vias köti össze. Ily módon olyan áramköröket lehet előállítani, amelyekben csak kisebb kölcsönhatások lépnek fel a vezetőszerkezetek között és a környezettel.

Alkatrészek szalagáramkörökben

Csík-vonal szűrő technológia: Linkek sávszűrő ( angol hajtűszűrő ), jobb aluláteresztő szűrő

Aluláteresztő szűrő ( angol pillangószűrő vagy angol bowtie szűrő )

Egyszerű alkatrészek, például kondenzátorok és induktivitások közvetlenül létrehozhatók speciálisan méretezett szalagok segítségével. A hosszú, vékony vezetők induktív, míg a széles, rövid vezetők kapacitív hatást fejtenek ki. Ezeken a klasszikus komponenseken kívül más, nagyfrekvenciás technológiára jellemző komponensek közvetlenül is megvalósíthatók szalagokkal.

Ebbe beletartozik:

• Mocsár (tükröződésmentes zárás)
• Impedancia illesztés, induktív vagy kapacitív csatolás
• Reflektor, soros rezonancia áramkör, párhuzamos rezonancia áramkör

Ezekből az alapvető elemekből bonyolultabb funkcionális egységek állíthatók elő:

• Irányított csatoló
• Teljesítményosztó
• Szűrő (zenekar, sávleállás, felüláteresztő, aluláteresztő)
• Keresztváltók
• Transzformátor ki- és csatlakoztatáshoz, elektromos leválasztáshoz, impedancia vagy szimmetria illesztéséhez

A diszkrét alkatrészek, például a normál áramkörökön használt alkatrészek, forraszthatók egy mikroszalagos áramkörre is, tekintettel méreteikre és kölcsönös befolyásukra. Az SMD alkatrészek különösen alkalmasak . Bizonyos esetekben az SMD terveket is kifejezetten erre az esetre tervezték. Ez különösen igaz az aktív elemekre, például tranzisztorokra vagy diódákra.

irodalom

• Werner Bächtold: A nagyfrekvenciás technológia lineáris elemei. 2. kiadás. vdf Hochschulverlag AG, az ETH Zürich, Zürich 1998, ISBN 3-7281-2611-X .
• H. Meinke, FW Gundlach: A nagyfrekvenciás technológia zsebkönyve. 3. kötet: Rendszerek. 5. kiadás. Springer Verlag, Berlin / Heidelberg 1992, ISBN 3-540-54716-9 .
• Holger Heuermann: nagyfrekvenciás technológia. Erősen integrált nagyfrekvenciás áramkörök lineáris összetevői. 1. kiadás. Springer Fachmedien, Wiesbaden 2005, ISBN 3-528-03980-9 .
• Hermann Weidenfeller: A kommunikációs technológia alapjai . Springer Fachmedien, Wiesbaden 2002, ISBN 3-519-06265-8 .
• Otto Zinke , Heinrich Brunswig: A nagyfrekvenciás technológia tankönyve . 1. kötet: Nagyfrekvenciás szűrők - Vonalak - Antennák. 4. kiadás. Springer Verlag, Berlin / Heidelberg 1990, ISBN 3-540-51421-X .

források

1. ↑ H. Johnson, M. Graham: Stripline vs Microstrip Delay. (online)
2. ↑ Microstrip kalkulátor. Számítási eszközök, beleértve a szalagok impedanciájára
3. ↑ Finleitung típusú ( Memento november 30-án, 2012-ben az Internet Archive )
4. ^ HA Wheeler: Dielektromos lappal elválasztott párhuzamos csíkok átviteli vonali tulajdonságai. In: IEEE Tran. Mikrohullám elmélet Tech. Szám MTT-13, 1965. március, 172-185.

web Linkek

• Nagyfrekvenciás technológia - kifejezések és alapok meghatározása (hozzáférés: 2017. november 16.)
• A mikrohullámú vezetés alapjai (hozzáférés: 2017. november 16.)
• A szalagok tulajdonságai és méretei (hozzáférés: 2017. november 16.)
• A microstrip vonalak frekvenciafüggő jellemző impedanciájának meghatározása (hozzáférés 2017. november 16-án)
• Mikrohullámok (hozzáférés: 2017. november 16.)
• Saturn PCB Design Toolkit