capítulo 7 linhas de transmissão. problema de rádio frequência placa de circuito impresso com...
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Capítulo 7
Linhas de Transmissão
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Problema de Rádio Frequência• Placa de Circuito Impresso
com trilha em U• Fonte e Carga conectadas
nas extremidades da trilha
• Azul: plano terra• Verde: trilha• Vermelho: corrente elétrica
Por onde passa a corrente de retorno do plano terra ?
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Corrente Contínua
O caminho mais curto de retorno porqueapresenta a menor resistência.
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Frequência Baixa
Além da resistência, o laço fechado pela corrente produz um efeito indutivo devido ao fluxo magnético através da área em amarelo.
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Frequência Alta
À medida que a frequência aumenta, a reatância indutiva passa a ser maior que a resistência, logo o caminho de menor impedância é o que apresenta a menor indutância.
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1 kHz
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Linha de Transmissão
Quando a corrente de retorno segue por debaixo da trilha, surge um efeito capacitivo que ocorre simultaneamente com o indutivo produzindo uma linha de transmissão.
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1 MHz
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Linhas de Transmissão
Modo Dominante: onda TEM (um dielétrico que separa dois ou mais condutores) ou quase-TEM (mais de um
dielétrico que separa dois ou mais condutores).
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Teoria de Circuitos Elétricos
R = R1+R2L = L1+L2
MalhaNó
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Equações Diferenciais
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Solução
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Linha de Transmissão em RF
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Parâmetros Usuais
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Exemplo: Microstrip
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2.3. Linha de Transmissão Terminada
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2.4. Linhas de Transmissão Planares
Roteamento em placa de circuito impresso.
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Substratos para RF
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Exemplos de Linhas Planares
Microstrip
Conductor Backed CPW
Coplanar Strips (CPS)
Coupled Microstrips
Coplanar Waveguide (CPW)
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Microstrip
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Modelos de Descontinuidades de Linhas de Transmissão MicrostripMicrostrip
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Cantos
Canto Vivo Canto Chanfrado
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Junções
DegrauT Cruz
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Terminações
Gap
Circuito Aberto
Via
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2.5. Linhas de TransmissãoNão Planares
Bifilar (“fita ômica” e “par trançado”)
Coaxial
Conexão entre placas de circuito impresso.
Operação monomodo:
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Cabo Coaxial
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Cabos Coaxiais
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2.6. Conectores Coaxiais
• BNC: Zo = 50 e 75 ohms, f < 1 GHz• TNC: Zo = 50 e 75 ohms, f < 1 GHz• F: Zo = 75 ohms, f < 1 GHz, baixo custo• N: Zo = 50 ohms, f < 15 GHz, grande• SMA: Zo = 50 ohms, f < 20 GHz, pequeno• K: Zo = 50 ohms, f < 40 GHz• V: Zo = 50 ohms, f < 70 GHz
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Conector BNC
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Conector TNC
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Conector F
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Conector N
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Conector SMA
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Conector SMA
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Conector K
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Conector V
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Casamento de Impedâncias
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Linha de Transmissão
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Objetivos
• Máxima transferência de potência• Evitar ondas estacionárias
(sobretensão e sobrecorrente)• Reduzir distorções lineares (multipercurso,
overshoot, undershoot, oscilação)• Padronização
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Seções de Transformação de Impedâncias
• Quadripolo sem perdas• Dois graus de liberdade para ajustar a
parte real e a parte imaginária• Componentes reativos concentrados• Componentes reativos distribuídos
(linhas de transmissão)• Híbridas (concentrados e distribuídos)
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Rede L Série-Paralelo
1. Ajustar Xp para que a parte real seja igual a Zo.2. Ajustar Xs para anular a parte imaginária resultante.3. Duas soluções possíveis, mas somente se Re(1/ZL)<1/Zo.
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Redes L Paralelo-Série
Procedimento dual trocando p por s e impedância por admitância.Duas soluções possíveis, mas somente se Re(ZL)<Zo.
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Transformador de RF
2πf.M >> |ZL|
L1.L2 = M2
Zin = (L1/L2).ZL
Zin = (N1/N2)2.ZL
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Transformador e Reatância em Série
1. Ajustar Xs para anular a parte imaginária.2. Ajustar N1:N2 para igualar a parte real a Zo.
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Transformador e Reatância em Paralelo
Procedimento dual trocando s por p e impedância por admitância.
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Reatância em Série e Linha de Transmissão
1. Ajustar d para igualar a parte real a Zo.2. Ajustar Xs para anular a parte imaginária
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Reatância em Paralelo e Linha de Transmissão
Procedimento dual trocando s por p e impedância por admitância.
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Tocos de Linha de Transmissão
Tocos (stubs) são trechos de linhas de transmissão terminadas em curto circuito ou em circuito aberto cujas impedâncias de entrada são puramente reativas.
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Linha de Transmissão
Não há solução quando
Ajustar Zt e d para igualar a parte real a Zo e anular a parte imaginária (simultaneamente).
e
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Transformadores deQuarto de Onda
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Carta de Smith
• Plano complexo do coeficiente de reflexão• Curvas de resistência e reatância
constantes (pontos de impedância)• Curvas de condutância e susceptância
constantes (pontos de admitância)
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Plano Complexo do Coeficiente de Reflexão
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Resistência Constante
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Reatância Constante
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Resistência e Reatância
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Coeficiente de Reflexão da Linha de Transmissão Terminada
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Coeficiente de Reflexão da Linha de Transmissão Terminada
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Toco em Curto-Circuito
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Toco em Circuito Aberto
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Impedância e Admitância