Tecnica delle Microonde e Linee di Trasmissione

1 Sommario
1.1 Indice degli Acronimi
2 Teoria Elettromagnetica Della Propagazione
2.1 Prefazione
3 La Tecnica Delle Microonde
3.1 Strutture guidanti
3.1.1 Cavo coassiale
3.1.2 Guida d’onda
3.1.3 Linee a striscia
3.1.4 Microstriscia
3.2 Onde TE
3.3 Onde TM
3.4 Onde TEM
Figura 3.1 - Sezione di un cavo coassiale.
Figura 3.2 - Sezione di una guida d’onda a) rettangolare b) ellittica.
Figura 1.3 - Sezione di una linea a striscia.
Figura 1.4 - Sezione di una linea a microstriscia.
Figura 1.5 - Struttura guidante a simmetria cilindrica e sistema di coordinate cilindriche generalizzate
4 Impedenze D’onda.
4.1 Onde TE
4.2 Onde TM
4.3 Onde TEM
4.4 Onde TE ,,?-?.=?.
4.5 Onde TM ,,?-?.=?.
4.6 Onde TEM ,,?-?.=,?-?.=?.
5 Onde in Strutture Guidanti.
Figura 5.1 - Superfici ideali a) PEI b) PMI.
Figura 5.2 - Guida d’onda a simmetria cilindrica PEI, riferita a un sistema di coordinate cilindriche generalizzate ortogonali ,?-1.,,?-2.,?. S è la generica sezione trasversale della guida, rappresentata da un dominio semplicemente connesso, la cu...
5.1 Onde TE
5.2 Onde TM
5.3 Onde TEM
6 Problema Della Determinazione Dei Modi.
6.1 Teoria
6.2 Caso di Onde TM:
6.3 Caso di onde TE:
6.4 Velocità di fase
6.5 Velocità dell’energia
6.6 Velocità di gruppo.
6.7 Attenuazione
6.8 Onde TE (solo onda diretta)
6.8.1 Correnti Longitudinali
6.8.2 Correnti Circonferenziali
6.9 Onde TM
6.10 Onde TEM
6.11 Ortogonalità dei modi non degeneri
6.12 Modi Degeneri
Figura 6.1 Conica Ellittica
Figura 6.2 Conica Iperbolica
Figura 6.3 Ordinamento delle frequenze di taglio.
Figura 5.5 – Velocità di Fase
Figura 6.6 – Vettore di Poynting sulla sezione S.
Figura 6.7 – Velocità dell’energia.
Figura 5.8 – linea trasmissiva di lunghezza l.
Figura 6.9 – Spettro di frequenze.
Figura 6.10 – Spettro funzione sinusoidale
Figura 6.10b – Spettro funzione f(t)
Figura 6.11 – Andamento della fase
Figura 6.12 – velocità di fase e di gruppo
Figura 5.13 – Potenza attraverso le sezioni di una guida
Figura 5.14 – sezione di una guida generica
Figura 5.15 – componenti tangenziali di E
Figura 5.16 – Andamento ?(?)
Figura 5.17 – Andamento ?(?)
Figura 5.18 – Andamento ,?-?.,?.
Figura 5.19 – Andamento ,?-?.,?.
Figura 5.20 – struttura guidante generica
7 Guide d’onda
7.1 Guida d’onda rettangolare
7.1.1 Onde TE
7.1.2 Onde TM
7.1.3 Modo dominante. Modi degeneri
7.1.4 Potenza e attenuazione in guida rettangolare
7.1.4.1 Onde TE
7.1.4.2 Onde TM
7.1.4.3 Attenuazione in guida rettangolare
7.2 Guida d’onda circolare
7.2.1 Onde TE
7.2.2 Onde TM
7.2.3 Modo dominante e spettro dei modi
7.2.4 Modi circolari elettrici, modi degeneri ,??-,?,?..
7.2.5 Modi Degeneri
7.2.6 Attenuazione, potenza per i modi ,??-,?,?..
Figura 7.1 – Strutture guidanti comunemente utilizzate
Figura 7.2 - Guida rettangolare su riferimento cartesiano
Figura 7.3 – rappresentazione del campo ,??-,1,0.. e.m in guida
Figura 7.4 – frequenze di cutoff della guida rettangolare
Tabella 7.1 – Valori caratteristici della guida rettangolare alle frequenze di cutoff
Figura 7.5 – percorso antiorario sul contorno s
Figura 7.7 – Guida d’onda circolare rappresentata in coordinate cilindriche
Figura 7.8 – Funzioni di Bessel di 1 e 2 specie
Tabella 7.2 – Zeri della funzione Bessel di 1 specie ,?-?,?-′.
Figura 7.9 – Zeri della funzione Bessel di 1 specie ,?-,?,?..
Tabella 7.9 – Zeri della funzione Bessel di 1 specie ,?-,?,?..
Figura 7.10 – Spettro dei modi guida circolare
Tabella 7.3 – Grandezze caratteristiche dei modi guida circolare
Figura 7.11 – Campo e.m. del modo ,??-,1,1..
Figura 7.12 – Linee di forza del campo elettrico dei modi ,??-,0,1..,,??-,0,2..
Figura 7.13 – Andamento ?(?)
8 Strutture guidanti a due o più conduttori
8.1 Cavo coassiale
8.1.1 Potenza
8.1.2 Attenuazione
8.1.3 Modi TE e TM
8.1.3.1 Modi TE
8.1.3.2 Modi TM
8.1.3.3 Modi TE
8.1.3.4 Modi TM
Figura 7.14 – Alcune tipologie di strutture guidanti a due o più conduttori.
Figura 7.15 – Strutture a due conduttori a) chiusa, b) aperta.
Figura 7.16 – Circuitazione campo magnetico.
Figura 8.1 – Schematizzazione di un cavo coassiale.
Figura 8.2 – linee di forza del TEM in cavo coassiale.
Figura 8.3 – Attenuazione ,?-?.,,?-?...
Figura 8.4 – Attenuazione ,?-?.,?..
Figura 8.5 – Andamento ,?-1,1-′.,?..
Figura 8.6 – Andamento ?,?..
Tabella 8.1 – Grandezze caratteristiche dei modi in cavo coassiale.
(*) I valori numerici di tabella sono stati ottenuti considerando il raggio esterno ? del cavo e ,?-?. espressi in cm e ,?-?. in GHz.
9 Metodologia Delle Linee Di Trasmissione
9.1 Proprietà generali dei modi.
Figura 9.1 Linea di Trasmissione 1
Figura 9.2 - Linea equivalente a costanti concentrate.
Figura 9.3 - Linea equivalente per ?=,?-?.
Figura 9.4 - Linea equivalente per ?>,?-?.
Figura 9.6 - Linea equivalente
Figura 9.7 - Linea equivalente
Figura 9.8 - Linea equivalente
10 Analisi Dei Circuiti A Microonde Con Metodi Matriciali
Figura 10.1 - Esempio di un sistema a microonde
Figura 10.2 - Cavo coassiale che alimenta una cavità risonante
Figura 10.3 - Esempio di discontinuità in guida d’onda rettangolare
Figura 10.4 - Sezione trasversa di una discontinuità in guida
Figura 10.5 - Struttura ad n bocche
Figura 10.6 - Onde incidenti e riflesse alle bocche
10.1 Strutture reciproche.
10.2 Dipendenza della [?] dalla scelta dei piani di bocca.
Figura 10.7 - Spostamento del piano della n-esima bocca
10.3 Strutture senza perdite
Figura 10.3 - Esempio di discontinuità in guida d’onda rettangolare
11 Strutture Ad Una Bocca
Figura 11.1 - Generica struttura ad una bocca.
Figura 11.2 - Circuito LC serie.
Figura 11.3 - Circuito LC parallelo.
Figura 11.4 - Circuito LC serie e parallelo con perdite.
12 Cavità Risonanti
Figura 12.1 - Esempio di una cavità risonante a simmetria cilindrica.
12.1 Risonatore a sezione rettangolare
Figura 12.2 - Esempio di una cavità risonante.
12.2 Risonatore cilindrico.
Figura 12.3 - Risonatore circolare.
Figura 12.4 - Carta dei modi per una cavità risonante a sezione circolare.
Figura 12.5 - Esempio di struttura accordabile.
Figura 12.6 - Risonatore LC.
13 Cavità Risonanti Reali
Figura 13.1 - Esempio di accoppiamento elettrico in cavità
Figura 13.2 - Esempio di accoppiamento magnetico in cavità
Figura 13.3 - Esempio di accoppiamento tramite fori
Figura 13.4 - Esempio di accoppiamento elettrico in cavità cilindrica
Figura 13.7 - Esempio di accoppiamento magnetico in cavità cilindrica
Figura 13.6 - Esempio di accoppiamento a terminazione (single ended)
Figura 13.7 - Esempio di cavità in derivazione.
Figura 13.8 - Esempio di cavità a trasmissione.
Figura 13.9 - Circuito equivalente della cavità accoppiata.
14 Metodi Di Sintesi Per Strutture Ad Una Bocca
Figura 14.1 - Reattanza di ingresso ,?-??.,?..
14.1 Strutture attive ad una bocca
Figura 14.2 - Generatore a microonde.
Figura 14.3 - Chiusura di un generatore su di un carico.
15 Strutture a Due Bocche
Figura 15.1 - Struttura a 2 bocche.
Figura 15.2 - Struttura a 2 bocche chiusa sul carico.
15.1 Perdite di inserzione
Figura 15.5 - Struttura a 2 bocche chiusa tra carico e generatore.
Figura 15.6 - Connessione tra generatore e carico.
15.2 Matrici di Trasferimento.
15.3 Matrici di Trasmissione.
15.4 Sfasatore
Figura 15.7 - Sfasatore variabile.
15.5 Attenuatore
Figura 15.8 - Attenuatore variabile.
15.6 Isolatore
16 Strutture A Tre Bocche
Figura 16.1 - Struttura a tre bocche.
16.1 Strutture a T simmetriche
Figura 16.2 - T sul Piano E.
Figura 16.3 - Selezione laterale del T sul piano E.
Figura 16.4- Rappresentazione a costatanti concentrate del T su piano E
Figura 16.5 - T sul Piano H.
Figura 16.6 - Sezione orizzontale del T sul piano H.
Figura 16.7- Rappresentazione a costatanti concentrate del T su piano H
Figura 16.8- Connessione tra TWT e feeder di antenna.
Figura 16.9- Rappresentazione a costatanti concentrate del BALUN.
Figura 16.10 - Classica configurazione di un ricetrasmettitore.
17 Strutture A Quattro Bocche
Figura 17.1 - Struttura a quattro bocche.
Figura 17.2 - Struttura reciproca.
17.1 Accoppiatori direzionali simmetrici.
17.2 Accoppiatori direzionali non simmetrici (Giunzioni ibride).
Figura 17.3 - T magico.
Figura 17.4 - Rappresentazione a costatanti concentrate del T magico.
17.3 Accoppiamento ℂ
Figura 17.5 - Schema di un accoppiatore adattato.
17.4 Direttività ?
17.5 Isolamento ?
Figura 17.7 - Schema di per la misura della Direttività.
18 Accoppiatori Direzionali Nelle Tecniche Di Misura
Figura 18.1 - Esempio di un sistema di trasmissione microonde
Figura 18.2 - Schema di misura delle onde incidente e riflessa.
Figura 18.3 - Schema di misura del rapporto tra onde incidente e riflessa.
Figura 18.4 - Schema misura della potenza trasmessa.
Figura 18.5 - Schema di un ricetrasmettitore con disaccoppiamento.
Figura 18.6 - Schema di un ricevitore Supereterodina.
Figura 18.7 - Rappresentazione circuitale del ricevitore supereterodina.
Figura 18.8 - Schema elettrico di un A.D.
Figura 18.9 - Schema elettrico di un A.D.
Figura 18.10 - Schema elettrico di un A.D.
Figura 18.11 - Schema elettrico di un A.D.
Figura 18.12 - Schema elettrico di un A.D.
18.1 Tipi di accoppiatori direzionali
Figura 18.13 - Configurazione del campo elettrico su foro.
Figura 18.14 - Configurazione del campo magnetico su foro.
Figura 18.15 - Campo H associato al campo E accoppiante.
Figura 18.16 - Campo E associato al campo H accoppiante.
Figura 18.17 - Accoppiatore a foro di Bethe.
Figura 18.18 - Schema elettrico di un A.D. a /4.
Figura 18.19 - Accoppiamento direzionale magnetico.
Figura 18.20 - Accoppiatore direzionale in cavo coassiale.
Figura 18.21 - Misuratore direzionale di potenza.
19 Componenti a ferrite
Figura 19.1 - Rotazione di un elettrone.
Figura 19.2 - Vettore di magnetizzazione ,?..
Figura 19.3 - Traiettoria del vettore ,,?.-?..
19.1 Giratore
Figura 19.5 - Giratore.
Figura 19.6 - Campo elettrico del modo ,??-11.
19.2 Isolatore ad effetto di Faraday
Figura 19.7 - Lamina dissipativa nell’isolatore.
19.3 Circolatore ad effetto Faraday
Figura 19.8 - Isolatore.
Figura 19.9 -Circolatore a quattro bocche.
Figura 19.10 - Filtro passa banda sintonizzabile.
19.4 Birifrangenza
19.5 Isolatori a risonanza
19.6 Isolatore a scostamento di campo
20 Guide a Microstriscia
21 Linee Di trasmissione
21.1 Onde Stazionarie
21.2 Potenza Transitante
21.3 Carta Di Smith
21.4 Esempio
21.5 Trasformatore in Quarto d’Onda
21.6 Uso della Carta di Smith per l’Adattamento
21.7 Doppio Stub
22 Appendici
22.1 Grandezze vettoriali
22.1.1 Operazioni lineari tra vettori
22.2 Definizione operatori
22.2.1 Identità tra Operatori
22.3 Sviluppi in serie di Mc Laurin
22.3.1 Sviluppo in serie di una funzione
22.3.2 Sviluppo in serie di Mc Laurin
22.3.3 Notazione ? (o piccolo)
22.3.4 Sviluppi in serie
Fig. B.1 - esempi di vettori a due e due equipollenti