S t r o n a | 1
1. Mikrofalowe elementy radiokomunikacyjnego systemu b. w. cz. (równanie zasięgu, właściwości
propagacyjne mikrofal, temp szumów anteny, właści szumowe zakresu mikrofal)
Równanie zasięgu
Pr=GnGrPn2/16"2d2
Pr  moc sygnału nadawanego w miejscu odbioru czyli moc sygnału odebranego; Pn  moc sygnału
nadawanego; Gn  zysk anteny nadawczej; Gr  zysk anteny odbiorczej; d  odległość między antenami
Przed demodulatorem (w odbiorniku) musimy uzyskać odpowiedni stosunek mocy sygnału do mocy szumu
S/N - odpowiednio duży
(S/N)min= P d" PrG/PszwejG+zakłócenia
G  współczynnik wzmocnienia mocy sygnału od wyjścia anteny do wejścia demodulatora
Moc szumów
Psz = k(TA+T“)B
TA  temp szumów anteny; T“  równ wej temp szumów; k  st Boltzmana; B  szerokość pasma
Właściwości propagacyjne mikrofal  a)w ośrodku jednorodnym propagacja po liniach prostych; b)w
ośrodku niejednorodnym (np: atmosfera przy powierzchni ziemi, gęstość i wilgotność funkcji wysokości )
propagacja po liniach lekko zakrzywionych  zwiększenie zasięgu optycznego;c) w jonosferze- propagacja
właściwie po liniach prostych  zależność (stała) stałej propagacji od gęstości jonizacji i częst; d) przy
przejściu od obszaru niezjonizowanego do zjonizowanego, dzięki dużym częst sygnału praktycznie nie ma
załamania; e) bardzo małe tłumienie do ok 20 GHz do 0,04 dB/km; f) powyżej 30 GHz maxima tłumienia
powodowane absorpcją w cząst O2 i H2O; g) tłumienie mikrofal przez mgłę i deszcz jest mniejsze niż
tłumienie w zakresie fal świetlnych
Temp szumów anteny, właści szumowe
Do anteny dociera szum galaktyczny i atmosferyczny, zatem w obciążeniu pojawia się szum wypadkowy o
pewnej gęstości mocy: - szumy kosmiczne mają mniejszy wpływ przy dużych częst powyżej 5 GHz; - ciepłe
ciała niebieskie wykazują się większym poziomem szumów. Najmniejsza temp szumów anteny jest dla kąta
elewacji Ä…=900. Gdy Ä…“! TAÄ™!. dla GSM Ä…H"0 duże szumy. Trzeba tak dobrać moce sygnałów, aby ich temp
była powyżej lub poniżej temp szumów. Gdy fę! temp szumów ę!. Okno mikrofalowe 2-8 GHz  temp
szumów galaktycznych i atmosferycznych jest niska.
2. Przegląd technologii układów b. w. cz.
I Metoda obróbki mechanicznej  do grupy takich układów zalicza się układy wytwarzające: a)linie
współosiowe; b)linie symetryczne; c)falowody prostokątne; d) falowody cylindryczne W skład technologii
wchodzi: toczenie frezowanie, wiercenie, szlifowanie, polerowanie, lutowanie, spawanie, procesy
elektrochem- by zabezpieczyć włas powierzchni metalicznych i zabezpieczyć przed atmosferą
Wady ukł wykonanych tą technologią: duże wymiary, waga, koszt.
II. Technologia odlewania(wtryskowego) Cechy: odlewy wykonywane w formach np: obudowy układów;
brak strat materiałowych; powtarzalne produkcja elementów.
III. Technologia elektro formowania. Polega na elektro chemicznym nanoszeniu warstw metalu na
uprzednio przygotowany rdzeń, który w następnym kroku jest usuwany. Cechy: umożliwia precyzyjną reakcję
ukł o skomplikowanych kształtach; wymagana jest obróbka mechaniczna i elektro chemiczna; technologia
czasochłonna, dość droga; do produkcji małoseryjnej.
IV. Technologia hybrydowych mikrofalowych ukł scalonych (MMUS lub MUS) Hybrydowa oznacza, że
elementy dyskretne (rezys, kond, diody, tranz, itd) montowane są na wcześniej przygotowaną strukturę
prowadnicy lub prowadnic paskowych wykonanych na podłożu dielektrycznym.
S t r o n a | 2
V. Wymagania do podÅ‚oża MUS i MMUS a) odpowiednia wartość µr: µrÄ™! dla “!f, gdy fÄ™! to µr“!;
b)odpowiedni grubość h podÅ‚oża; c)staÅ‚ość h i µr w każdym miejscu podÅ‚oża i w funkcji warunków
zewnÄ™trznych np: temp, ciÅ›nienie; d) odpowiednia grubość i gÅ‚adkość metalizacji; e) maÅ‚y tg´ maÅ‚e straty
dielektryka; f) duża przewodność cieplna w ukł dużej mocy. Dla MUS: małe straty dielektryka; możliwość
obróbki mechanicznej; możliwość pokrywania warstw metali; odporność na środki trawiące metale;
odporność na wysokie temp.
VI. Technologia MUS cienkowarstwowa a)grubość stosowanych warstw metalicznych rzędu źm;
b)fotograficzny proces realizacji struktury mikrofalowej na podłożu; c)podłoże ograniczone lub nie
dwustronnie pokryte miedzią dla linii szczelinowych jednostronnie; d)metalizacja podłoży dość gruba 17,5
źm lub 35 źm; e)dla ukł wielowarstwowych połączenia w poprzek podłoża; f)metalizacja podłoży
naparowywanie metalu w próżni w wysokiej temp dwustopniowe; g)w trakcie metalizacji metalizuje się także
dziury do łączenia ukł z płaszczyzną ziemi; h)wykorzystuje się maski (twarde lub miękkie), które są
wykonywane tak: rysunek realizowanej struktury, zdjęcie z pomniejszeniem rysunku, użycie foto
koordynatografu, naświetlanie laserem maski w skali 1:1 na kliszy za pomocą flotoplotera.
VII. Proces realizacji cienkowarstwowego MUS a)równomierne pokrycie podłoża fotorezystem
negatywowym lub pozytywowym; b)naświetlanie fotorezystu przez odpowiednią maskę- dla negatywowego
struktura przezroczysta dla pozytywowego zaciemniona; c)wymywanie nie utrwalonego fotorezystu w
rozpuszczalniku; d)wytrawianie odsłoniętych fragmentów metalizacji w kąpieli trawiącej; e)usunięcie
utrwalonego fotorezystu w rozpuszcz.; f)zabezpieczenie powierzchni ścieżek przed atmosferą; g)montaż
elementów dyskretnych; h)montaż w obudowie
VIII. technologia MUS grubowarstwowa  realizacja za pomocÄ… sitodruku; maska w formie siatki
metalowej o małych oknach ; po naniesieniu i zdjęciu maski atrament wypala się w piecu z odpowiednim
rozkładem temp, stopniowe grzanie; podłoża nieograniczone odporne na temp powyżej 8000C. Zalety: niski
koszt, możliwość wykonania rezyst i kond. Wady: dokładność, gorsze parametry warstw przewodzących.
IX. Hybrydowe ukł wielowarstwowe (filtry , sprzegacze kierunkowe) Miniaturyzacja przez zmniejszenie
objętości. a) wewnętrzne warstwy struktur wielowarstwowych wykorzystywane są do realizacji ukł
pasywnych ale też elementów planarnych w tech grubowarstw; b)połączenia miedzy warstwami realizowane
są za pomocą po metalizowanych otworów. Warstwy można łączyć poprzez: a)zgrzewanie pod ciśnieniem
warstw wykonanych ze specjalnych podłoży organicznych z niezakończonym procesem polimeryzacji;
b)zgrzewanie pod ciśnieniem warstw wykonanych z podłoży organicznych miedzy, którymi wprowadza się
folie dielektryczno odhezyjnÄ…; c)spiekanie w niskiej 8500C temp warstw wykonanych na niewypalonych
podłożach z proszkiem ceramicznym
X. Monolityczne mikrofalowe ukł scalone MMUS  technologia wykorzystywana do budowy kompletnych
ukł mikrofalowych , zawierających elementy aktywne i pasywne, realizowane w kolejnych procesach
technolog. Technologia opiera się na: wielokrotnym nanoszeniu warstw, maskowaniu, usuwaniu obszarów nie
chronionych maskami zmianach obszarów półprzewodnikowych za pomocą implantacji jonów; procesach
litograficznych np: elektronolitografia, naświetlanie laserem.
XI. Technologia mikroelektromechanicznych ukł mikrofalowych MEMS
Oparta jest o technologię obróbki krzemu drogą maskowania i trawienia. Pozwala na precyzyjne wykonanie
rozmaitych struktur pasywnych, a także na włączanie do ukł częsci ruchomych np: mikrofalowe przełączniki
elektromechaniczne, kond o zmiennej pojemności sterowane ze z
ródeł napięciowych i siły przyciągania
elektrostatycznego.
XII Materialy *organiczne i nieorganiczne
Material Er tg delta Chropo- Obrabi-
watosc alnosc
All2O3 9,5-10,5 2 0,5 -
Kwarc 3,8 3 0,05 -
Szfir kryst 9,4-11,6 1 przy 0,5 -
100GH
z
*teflon 2,02- 3 ? +
2,08
*Tef+ wlu szkl 2,2-2,4 3-8 ? +
*TEF+Al2O3 Ok. 10 20 ? +
S t r o n a | 3
Materialy organiczne lub mieszane na ogol na bazie teflonu z tad Tmax do ok. 200stC
Nieorganiczne w hybrydowych: laczenie warstw  sklejaniew niskiej temp(850stC)warstw wykonanych na nie
wypalanych podlozach wypelnionym proszkiem ceramicznym (cvzesto Al2O3). Technologi ta umozliwia
realizacje ukladow zawierajacych kilkadziesiat warstw, a dzieki dobrym parametrom podlozy moana ja
stosowac do 40GHz
Podloza nieorganiczne sa dostraczane jako pometalizowane i nie pometalizowane. Proces metalizacji polega
najczesciej na naparowywaniu metalu w prozni i w wysokiej temp. Proces ten jest dwu stopniowy:dobre
przewodniki wykazuja zle przyleganie do gladkich podlozy nieorg, najpierw nanoszona jest bardzo cienka
warstwa zlego przewodnika a nastepnie dobrze laczaca się warstwa Cu. Ponieważ proces napylania jest malo
wydajny uzyskuje siÄ™ grubosc ponizej mikrometra
3. Diody i tranzystory na zakres b. w. cz. (diody Schottky`ego, diody pin,diody lawinowe, przyrzÄ…d
Gunna, współczesne typy tranzystorów)
Diody Schottky`ego ostrzowa w ogólności dioda powstaje przez dociskowe skontaktowanie ostro
zakończonego drutu z odpowiednim półprzewodnikiem m-p z pewnym potencjałem kontaktowym. Zaletą
złączy m-p w stosunku do p-n jest brak pojemności dyfuzyjnej, umożliwiającej wykorzystanie diod p-n jako
nieliniowych rez w zakresie mikrofal.
Wady  aby uzyskać właściwy potencjał kontaktowy trzeba zastosować słabo domieszkowany
półprzewodnik: - bryłka półprzewodnika musi mieć gubość przynajmniej 100źm by nie pęknąć pod
naciskiem metalu, w rezultacie mimo ze do poprawnej pracy zlacza m-p wystarczy grubosc polprzewodnika
rzedu mikron, jest on znacznie grubszy. Prowadzi to do znaczniego wzrostu szeregowej rezystancji strat diody
i w konsekwencji pogorszenia jej potecjalnych parametrow; - wrażliwa na wstrząsy i zanieczyszczenia
Dioda Schottky ego Złącze m-p w postaci planarnego kontaktu metalicznego np. w kształcie koła naniesiony
na odpowiedni półprzewodnik. Złącze jest mechanicznie i elektrycznie trwałe. Złącze można zabezpieczyć
przed wpływami zewnętrznymi, nanosząc odpowiednią dielektryczna warstwę ochronną. Istotnym
ulepszeniem jest zastosowanie dwuwarstwowego półprzewodnika, warstwa epitaksjalna jest budowana na
grubszej warstwie półprzewodnika zdegenerowanego n+. Maja przez to małą rezystancję szeregową. Kontakt
z metalem złacza m-p uzyskuje się poprzez przyspawanie do niego drucika lub taśmy. Konieczne jest tutaj
przygotowanie dodatkowego pola kontaktowego na warstwie ochronnej, zwiększa jednak pasożytniczą
pojemność diody. Są dwa elementy nieliniowe: konduktancja i pojemność warstwy opróżnionej. W związku z
tym diody Schottky ego sÄ… wykorzystywane jako nieliniowe rezystancje (warystory) i nieliniowe
kondensatory (waraktory). Różnią się one średnicą złącz i domieszkowaniem, grubością warstwy epitaksjalnej
(ry).
Dioda Schotky`ego planarna
Resystancja jest mniejsza niż dla diody ostrzowej, ze względu na średnice złącza nie jest możliwe
bezpośrednie łączenie z drucikami połączeniowymi o śred powyżej 20źm- stosuje się dodatkowe pole
kontaktowe na warstwie ochronnej
Uklad zastępczy złącza - Są dwa elementy nieliniowe: Konduktancją wynikająca ze związku pomiędzy
prądem przewodzenia a napięciem, i pojemność warstwy opróżnionej istniejącej przy polaryzacji złącza w
kierunku zaporowym. W zwiÄ…zku z tym diody Schottky ego sÄ… wykorzystywane jako nielinowe rezystancje
(warystory) i nielinowe kondensatory (waraktory). Różnią się one średnicą złącz i domieszkowaniem i
grubością warstwy epitaksjalnej
S t r o n a | 4
Id= Is(eÄ…v-1)
Cj= Cj(0) (1-v/$)-1/2
Cj  poj warstwy opróżnionej
ę=q/nkT q  ładunek elektronu, T-temp, n- wsp nieidealności złącza
DIODY P-i-n
ukł zastępczy-polaryzacja zaporowa
Rs- rezystancja strat Cj  pojemność warstwy opróżnionej
Ukł zastępczy  polaryz wkierunku przewodzenia
Przy polaryzacji w kierunku przewodzenia do obszaru i wstrzykiwane sÄ… elektrony z n+ i dziury z p+. Pojawia
siÄ™ Ip  prÄ…d przewodzenia
Diodę tą można wykorzystać do przełączania sygnałów mikrofalowych a znacznie większym poziomie niż
sam sygnał przełączający, a dlatego bo elektrony i dziury mają dużą bezwładność na tle okresów sygnałów
mikrofalowych. Pra Id sterujący przepływem sygnałów b. w. cz. ma mniejsze natężenie niż natężenie prądów
b. w. cz. Szybkość przełączania jest ograniczona w najlepszym wypadku< ns. Zastosowanie: do powolnego
sterowania przepływem syg. b.w.cz. dużej mocy, do zminiaturyzowanych elementów do zastosowań w
układach małej mocy.
Diody lawinowe  Zasada pracy oparta o dwa zjawiska: - kontrolowanÄ… jonizacjÄ™ lawinowÄ… w obszarze
złącza p-n; - opóz
nienia w obszarze o stałej prędkości unoszenia nośników(niezależnej od chwilowej wartości
natężenia pola). Element może być elementem generacyjnym (z
ródłem drgań) jeśli przesunięcie fazowe
między I a U na tym elemencie wynosi 1800  czyli ch-uje się rezystancją ujemną, która może być
wykorzystana do odtłumiania obwodu mikrofalowego.
PrzyrzÄ…d Gunna
Zjawisko generacji mikrofal oparte jest na procesie generacji ciągu impulsów o duzej częst. powtarzania w
próbce GaAs poddanej działaniu stałego pola elektrycznego o dużym natężeniu. Wykorzystuje się go do
generacji wysokich częst. mikrofalowych (kilkadziesiąt GHz)
Tranzystory mikrofalowe
Wymagania materiałowe: duża ruchliwość nośników, duża szerokość pasma zabronionego; mała
przenikalność elektryczna. Tranzystor bipolarny: stosowany w zakresie niższych częst. mikrofalowych, we
wzmacniaczach o małych szumach do ok.40GHz, wzm. mocy do ok.2GHz, oscylatorach do ok.15GHz. Ze
względu na małe szumy 1/f. Heterozłączowe tranzystory bipolarne (HBT) stosowane od niskich f
mikrofalowych aż do fal milimetrowych. Wykorzystywane sa również w MMUS.zalety:wysoka odpornosc
wstrzykiwania elektronow- może być silnie domieszkowany ,obszar emitera może być slabo domieszkowany
cechy jego to niskie szumy AM i FM. Wykorzystuje siÄ™ je wjako wzmacniacze malosygnalowe o mocy do
kilku GHz oraz jako elementy generacyjne do 20GHz Tranzystory polowe: we wzm. o małych szumach i
S t r o n a | 5
wzm. mocy do ok.20GHz. Również w oscylatorach. Tranzystory z elektronami o wysokiej ruchliwości
HEMT odmiana tr. polowego umożliwiająca wykorzystani max. ruchliwości elektronów. W zakresie
wysokich f mikrofalowych i fal milimetrowych, we wzm. o bardzo małych szumach.Tranzystor z elektrodami
o duzej ruchliwosci wykorzystujacy materialy pp. Dzialanie HEMT wynika ze zjawisk w obszarz styku pp
silnie domieszkowanego AlGaAs oraz niedomieszkowanego GaAs. Tworzy siÄ™ tu studnia potesjalu
wychwytujaca swobodne elektrony koncentrujace się w GaAs. Bramka przyjmuje role kanalu . w ten sposób
elektrony z pasma przewodnictwa poruszajace siÄ™ osiagaja max wartosc ruchliwosci ,,,
4. Najważniejsze przyżądy próżniowe do generacji mikrofal (klistron refleksowy, magnetron 
uproszczona struktura, zasada działania).
Klistron refleksowy:
Zasada działania: - stałe pole elektryczne pomiędzy anodą a rezonatorem przyspiesza jednorodny strumień
elektronów; - strumień ten dociera do rezonatora cylindrycznego (z siatki o b. drobnych oczkach, przez nie
przenikają elektrony); - elektrony wzbudzają między ściankami rezonatora napięcie zmienne Ur, które
przyspiesza albo opóz
nia elektrony; - zatem elektrony wybiegające z rezonatora mają zróżnicowaną prędkość
początkową; - elektrony wpadają w obszar pola hamującego pomiędzy rezonatorem a reflektorem, są
hamowane, zawracane do rezonatora a jednocześnie grupowane; - jeżeli tak zgrupowane elektrony powracają
do rezonatora, gdy hamuje je Ur, to oddają one swoją energię polu hamującemu. Dzięki temu energia pola
stałego zużyta na przyspieszenie elektronów zostaje przekazana polu mikrofalowemu generowanemu w
klistronie w obszarze rezonatora. Klistron wzbudza się przy częstotliwości rezonansowej rezonatora.
Wprowadzając pętlę zakańczającą miniaturową linię współosiową do rezonatora można wykorzystać energię
generowanych drgań. Warunek samowzbudzenia klistronu: musi być przewaga liczby elektronów oddających
energię rezonatorowi nad elektronami pobierającymi od niego energię. Osiąga się to m.in. przez dobór
napięcia reflektora, przy którym zachodzi najkorzystniejsze grupowanie elektronów powracających do
rezonatora z obszaru między reflektorem a rezonatorem.
Przestrajanie: - mechanicznie w zakresie od +-10% częstotliwości środkowej do oktawowego (zależnie od
częstotliwości i konstrukcji) przez zmianę wymiarów rezonatora; - elektronicznie (w mniejszym paśmie
częstotliwości) przez zmianę napięcia reflektora. Dzięki temu możliwa jest modulacja częstotliwości klistronu
oraz jego wykorzystanie w układach automatycznej regulacji. Wada: kłopotliwe zasilanie (wysokie napięcia
zasilające, katoda na wysokim potencjale) i ograniczona trwałość. Zaleta: dobre właściwości szumowe i
możliwość wykorzystania tej zasady generacji mikrofal aż do częstotliwości 150GHz. Moc sygnału
generowanego zależy od częstotliwości i przeznaczenia (nie przekracza MW).
Magnetrony synchroniczne: diody próżniowe do generacji b.d. mocy. Magnetrony to lampy wykorzystujące
skrzyżowane stałe pole elektryczne i magnetyczne. Stałe pole elektryczne przyspiesza elektrony emitowane
przez katodę. Według reguły  lewej ręki (pole  przyczyna - skutek) stałe pole magnetyczne skierowane
prostopadle do powierzchni kartki powoduje skutek w postaci prostopadle skierowanej siły zakrzywiającej tor
elektronu. Elektron wpada jednocześnie w obszar zmiennego pola elektrycznego, które powoduje hamowanie
elektronu i spadek prędkości, zanik siły zakrzywiającej jego tor i zapoczątkowanie nowego cyklu:
przyspieszenie przez stałe pole elektryczne  zakrzywianie toru  hamowanie przez pole zmienne. Warunek
samowzbudzenia i dużej sprawności: stan synchronizmu zmian kierunku pola wytwarzanego przez rezonatory
i średniej prędkości kątowej elektronów. Wówczas elektron  korzystny jest wielokrotnie wykorzystywany
jako środek przekazywania energii pola stałego polu zmiennemu. Elektrony  niekorzystne są przyspieszane
przez pole zmienne, ich tor podlega dodatkowemu zakrzywieniu i wracajÄ… do katody. W sÄ…siadujÄ…cych
rezonatorach w danym momencie pola sÄ… w przeciwfazie. Zastosowanie: w radarach, grzejnictwie. Wady:
niestabilność generowanej częstotliwości, duże szumy, wrażliwość na zmiany obciążenia. Zalety: duża moc
do 1kW, sprawność do 50%.
S t r o n a | 6
Przykład toru ruchu elektronu pod wpływem pól stałych oraz hamującego zmiennego pola elektrycznego.
5. Elementy dyskretne do MUS (rezystory, kondensatory, induktory SMD).
Rezystory
Stosowane w hybrydowych MUS. Powstaje przez naniesienie lub drogą naparowania w próżni warstwy
metalu o dużej rezystywności na płaskiej prostopadłościennej bazie ceramicznej, z kontaktami lutowniczymi
naniesionymi na krawędziach. Warstwę rezystywną zabezpiecza lakierem lub szkliwem. Taki rezystor
szeregowo wmontowany w NLP tworzy stratny odcinek NLP na niejednorodnym podłożu. Trzeba też
uwzględnić doprowadzenia pomiędzy punktami lutowniczymi a warstwą rezystywną. Rezystor SMD:
Podstawowym warunkiem, żeby traktować element jako element o stałych rozłożonych, jest aby wymiary
były znacznie mniejsze od długości fali  przy danej częstotliwości (l<<, w<< ), przy czym określając 
należy uwzględnić ewentualny współczynnik skrócenia fali w strukturach całkowicie lub częściowo
wypełnionych dielektrykiem. Cechę tę posiada rysunek powyżej.
Układ zastępczy rezystora SMD
Elementy Rs, Ls, Cp, Rp, tworzą układ zastępczy warstwy rezystywnej. Odcinki lini transmisyjnej o
parametrach l2, Zo2, eðeff2 reprezentujÄ… doprowadzenia do warstwy rezystywnej.
Rezystory cienkowarstwowe tworzy warstwa metalu o dużej rezystywności naparowana na podłożu.
Grubość warstwy jest rzędu źm. Parametrem określającym rezystywność warstwy jest wartość R/kwadrat
(R/źð). W oparciu o to można realizować rezystory o różnych rezystancjach, Å‚Ä…czÄ…c szeregowo i równolegle
kwadraty o rezystancji R. Układ zastępczy taki jak wyżej z pominięciem linii transmisyjnej. Należy
kontrolować spełnienie warunku l<< , w<< .
Rezystory grubowarstwowe: różnią się od cienkowarstwowych technologią wykonania i wynikającą z niej
grubością warstwy stratnej (rzędu kilku  kilkudziesięciu źm). Stosowane są w grubowarstwowych MUS.
Rezystory półprzewodnikowe: W MUS często wykorzystywanym elementem aktywnym jest tranzystor
polowy. Jeśli się usunie z tranzystora polowego bramkę, pozostaje obszar kanału pomiędzy z
ródłem a
drenem. Dobierając rozmiary i domieszkowanie tego obszaru można uzyskać rezystory z dość szerokim
zakresie wartości rezystancji. Ta technika umożliwia wprowadzenie do MUS rezystorów wykonywanych w
trakcie procesów technologicznych służących realizacji tranzystorów.
Rezystory lub obciążenia o stałych rozłożonych: Struktura o podobnej technologii wykonania jak w
grubowarstwowych i półprzewodnikowych. Charakteryzują się one stopniowym wprowadzaniem materiału
stratnego w obszarze prowadnicy np. paska NLP. Dzięki temu struktura materiału absorbującego energię
mikrofal nie stanowi gwałtownie wprowadzonej nieciągłości, umożliwiając realizację obciążeń o małym
współczynniku odbicia. Podstawową zaletą tych elementów jest możliwość realizacji w układach planarnych
obciążeń szerokopasmowych o małych wartościach współczynnika odbicia czy WFS.
Kondensatory monolityczne do montaży powierzchniowego:
S t r o n a | 7
Widziany z boku (w przekroju) kondensator monolityczny wmontowany w NLP.
Układ zastępczy.
Przekrój ograniczony jest do dwóch warstw metalizacji tworzących kondensator płaskorównoległy. W
pierwszym przybliżeniu możemy traktować strukturę z rysunku powyżej jako układ dwóch krótkich
odcinków prowadnicy falowej, wzajemnie sprzężonych pojemnościowo. Jego ważną cechą jest równoległe
połączenie indukcyjności i pojemności, co przy pewnej wartości f prowadzi do rezonansu równoległego. W
celu pełnego opisu właściwości kondensatora trzeba do układu z rysunku powyżej dodać układy zastępcze
pozostałych linii oraz rezystory szeregowe reprezentujące straty w przewodnikach i rezystory równoległe
reprezentujące straty w dielektryku. Komplikuje to model kondensatora, co ogranicza jego użyteczność.
Częściej stosowany jest układ poniższy, który poprawnie odtwarza właściwości kondensatora poniżej
pierwszej częstotliwości rezonansowej oraz umożliwia symulację rezonansu szeregowego i równoległego.
Uproszczony układ zastępczy kondensatora monolitycznego włączonego szeregowo do prowadnicy falowej.
Kondensatory cienko i grubowarstwowe:
Widziany z boku kondensator płaski włączony szeregowo do NLP.
Są to kondensatory płaskie, wykonane na podłożu drogą naniesienia cienkich warstw metalizacji i dielektryka
lub też wykonane w podobny sposób, ale technologiÄ… grubowarstwowÄ…. C=(µ0µrS)/d; µ0  przenikalność
dielektryczna próżni, µr  wzglÄ™dna staÅ‚a dielektryczna dielektryka izolacyjnego, S  powierzchnia okÅ‚adek, d
 grubość dielektryka izolacyjnego. Nie można uzyskać dużych pojemności.
Kondensatory międzypalczaste: Ominięcie praktycznych ograniczeń wartości pojemności szczeliny w NLP
prze powiększenie efektywnej długości szczeliny przy zachowaniu warunku l<<, w<<.
Układ zastępczy kondensatora międzypalczastego.
C=2"l(µr+1)*|(N-3)A1+A2|
Induktory do montażu powierzchniowego:
X=ÉL
S t r o n a | 8
Zachodzi tu rezonans równoległy. Powyżej frezonansowej nie ma sensu stosować tego elementu.
Induktory powietrzne solenoidalne: zawierają od kilku maksymalnie zminiaturyzowanych zwojów drutu o
małej średnicy. Stosowane są w MUS do ok. 2GHz.
Połączenia w MUS wykonywane są za pośrednictwem drutu montażowego lub taśm Ich indukcyjność jest
parametrem pasożytniczym jednak czasem może być wykorzystywana jako element układu dopasowującego.
Spiralne induktory planarne
Mają one postać spirali o rozmaitych kształtach. Stosowane są czasem w MUS i powszechnie MMUS.
6.Prowadnice falowe dla MUS (SLP,NLP, ograniczenia wymiarów, sprzężone SLP i NLP, zawieszone
NLP, falowód koplanarny)
Mikrofalowe układy scalone  wykonane na podłożu dielektrycznym, które umożliwia wykonanie połączeń
oraz szeregu elementów. Ze względu na płaskość materiałów i płytek podłożowych prowadnice falowe do
MUS są również płaskie (planarne).
SLP
Jeżeli obszar między płaszczyznami przewodzącymi i paskiem centralnym wypełniony jest jednorodnym
dielektrykiem to podstawowy rodzaj pola  TEM a dÅ‚ugość fali okreÅ›la wzór lð=lðo/sqrt(µr). Impedancja
charakterystyczna SLP zależy od wymiarów i staÅ‚ej dielektrycznej podÅ‚oża Zo=f(b,w,t,µr). Ponieważ fala w
SLP rozchodzi się w dielektryku w obecności przewodników, stała tłumienia zależy od parametrów warstw
przewodzÄ…cych jak i od tg dð dielektryka. Parametry warstw przewodzÄ…cych to gÅ‚Ä™bokość metalizacji (powinna
być parokrotnie większa od głębokości wnikania), konduktywność oraz chropowatość (mniejsza niż
głębokość wnikania).
Ograniczenia wymiarów SLP.
a)szerokość paska nie powinna przekraczać lðo/(2sqrt(µr)) przy najwyższej czÄ™stotliwoÅ›ci. Eliminuje to
możliwość propagacji fal pierwszego wyższego rodzaju pola. Dlatego nie można zrealizować dowolnie
niskiej impedancji charakterystycznej. Typowe ograniczenie szerokoÅ›ci pasków to 50-100mðm
b)OdlegÅ‚ość pÅ‚aszczyzn przewodzÄ…cych nie powinna przekraczać lð/(2sqrt(µr)) przy najwyższej czÄ™stotliwoÅ›ci.
Zabezpiecza to przed propagacją między płytami fali z poziomo spolaryzowaną elektryczną składową pola.
c)Aby uniknąć propagacji fali falowodowej, trzeba przez dobór pometalizowanych otworów, dostosować
częstotliwość pracy projektowanego układu SLP
Technologia wykonania SLP jest skomplikowana.
S t r o n a | 9
NLP
niejednorodny dielektryk
=0/"µeff
Najczęściej stosowana w układach scalonych. Prowadnica niejednorodna wypełniona dielektrykiem. W
zakresie niezbyt dużych częstotliwości jest prowadnicą TEM.
Dla niskich częstotliwości zachowuje się jak TEM. Dla dużych częstotliwości i przy pobudzeniu sygnałem
zmiennym w czasie µeff i Z0 stajÄ… siÄ™ zależne od czÄ™stotliwoÅ›ci czyli prowadnica robi siÄ™ dyspersyjna. µeff i
Z0  są funkcjami wszystkich parametrów podłoża i szerokości mikropaska (wąski mikropasek  wyzsza
wartość Z0, niższa µeff)
fmax<mniejsza od częstotliwości przy której stała fazowa fali NLP jest równa stałej fazowej fali powierzchniowej
(pobudzenie przez falę w NLP)  zjawiska niepożądanego.
Poza obszarem mikropaska podłoże stanowi płytę dielektryczną spoczywającą na dobrym przewodniku.
Ograniczenia wymiarów
a) w NLP mogą rozchodzić się fale powierzchniowe. Nie zachodzi to tak długo jak stałe fazowe rodzajów pól
się różnią. A więc fmaks<wartość. fc[GHz]=75/(hsqrt(Er-1))
b) ograniczona szerokość paska od góry zabezpiecza przed możliwością propagacji fali odpowiadającej
pierwszemu wyższemu rozkładowi pola. Szerokość paska nie powinna przekraczać weffgdzie weff to efektywna szerokość paska.
Sprzężona SLP (SSLP) sprzężenia:podobnie jak wprzypadku SLPobszar pomiedzy zewnetrznymi
plaszczyznami przewodzacymi (na potencjale ziemi) wypelniony jest jednorodnym dielektrykiem.
ogolnie z wlasciwosciami lini TEM, w strukturze z trzema przewodnikami mogÄ… istniec dwa podstawowe
rodzaje pola. W przypadku prowadnic sprzezonych waskim bokiem ilustruje to ponizszy rys.
Rodzaje pól:
²e=²0  bo dielektryk jest jednorodny
Sprzężona NLP (SNLP) sprzężenia: Rodzaje pól
Struktury te znalazły liczne zastosowania w sprzęgaczach kierunkowych i filtrach.
Dwa typy rozkładu pola w prowadnicach typu SNLP (parzysty i nieparzysty) powodują występowanie dwóch
wartoÅ›ci staÅ‚ej fazowej bðe,bðo oraz impedancji charakterystycznej Zoe, Zoo (e  even o  odd)
S t r o n a | 10
Para linii sprzężonych tworzy czterowrotnik, dla którego można obliczyć macierz współczynników
rozproszenia. Przy zaÅ‚ożeniu że ZoeZoo=Zo^2 i bðe=bðo czterowrotnik staje siÄ™ idealnie dopasowany i ma
właściwości kierunkowe. Dzięki temu linie sprzężone można wykorzystywać przy konstrukcji sprzęgaczy
kierunkowych. Warunek ten będzie spełniony dla SSLP ponieważ wypełnia je dielektryk. W strukturze SNLP
różnica w rozkładach pola pozwala przewidywać różne wartości odpowiadających im stałych fazowych. W
tym przypadku będziemy mieli również do czynienia z dyspersją efektywnych stałych dielektrycznych oraz
impedancji charakterystycznych SNLP.
Falowod koplanarny
7. Pojęcie nieciągłości prowadnicy, układy zastępcze rozwartego końca NLP, skokowej zmiany
szerokości NLP, skokowej zmiany wymiarów linii współosiowej.
Pojęcie nieciągłości prowadnicy
Nieciągłość- wszelkie zmiany przekroju poprzecznego linii niezależnie od tego czy jej impedancja
charakterystyczna w miejscu nieciągłości pozostaje bez zmian, czy też ulega zmianie. W miejscu nieciągłości
występuje zniekształcenie przebiegu pola elektromagnetycznego wskutek zmiany warunków brzegowych.
brzegowych rezultacie nieciągłość linii ma charakter skupionej w tym miejscu reaktancji indukcyjnej lub
pojemnościowej równolegle przyłączonej. W linii współosiowej - pojemność. Impedancja nie ulega zmianie
gdy a1/b1=a2/b2 (np. w linii współosiowej)
TEN RYS W LINI WSPÓA
OSIOWEJ Jð
Nieciągłości wynikają także z : - nieidealnych zwarć; - nieidealnych zagięć; - nieidealnych rozgałęzień
falowych.
Dwa podejścia do analizy:
- statyczne- -nieciągłość scharakteryzowana przez układ zastępczy z elementami niezależnymi od
częstotliwości
- pełnofalowe  uwzględniające zależność rozkładów pól od częstotliwości.
Nieciagloścvi w prowadnicach falowych: w MUS wykorzystane sa rozmaite odcinki prowadnic falowych
jako elementy ukladow. Stosowane sa szeregowe i rownolegle polaczenia prowadnic o zroznicowanejj
szerokosci, odconki prowadnic rozwarte i zawarte na koncu, rozgalezienia kilku prowadnic. Tworzac takie
uklady wprowadzamy deformacje typowego dla danej prowadnicy rozkladu pola elektromagnetycznego.
Stwierdzenie t dotyczy wszystkich rodzajow prowadnic. ( Układ zastępczy rozwartego końca NLP)
Rozkład pola w otoczeniu rozwartego końca NLP
Pole elektryczne na końcu NLP zachowuje się tak jakby NLP była dłuższa niż jest. Efekt ten można
przedstawić w postaci pojemności CK (rys b) lub równoważnego wydłużenia ZK (rys c).
Układ zastępczy skokowej zmiany szerokości NLP.
S t r o n a | 11
Pojawiają się wzdłużne składowe pola. CS  pojemności skokowej zmiany szerokości. LS1, LS2 
reprezentują energię bierną zgromadzoną przez dostosowanie się prądu do skokowej zmiany szerokości.
CS=CK1(1-W2/W1), CK  pojemność rozwartego końca NLP.
Nieciągłości w liniach wspołosioiwych: nieciaglosci podobne jak w NLP. Najwazniejsze sa jednak:
pojemnosc rozwartego konca LW oraz pojemnosc skokowej zmiany srednicy przewodu wewnetrznego i
zewnetrznego.
przykład deformacji pola elektrycznego w obszarze nieciaglosci LW. W tym przypadku należy uwzglednic
ewentualny dielektryk po lewej stronie nieciaglosci. Skokowa zmiane wymiarow LW spotykamy szczególnie
często w obszarze podpor dielektrycznych przewodu wewnetrznego . jeżeli podpora ma dodatkowo
uniemozliwic osiowe przemieszczanie się przewodu wewnetrznego względem przewodu zewnetrznego, to
konieczne jest zastosowanie jednoczesnej zmiany srednic obu przewodow.
Rozwarcie i skokowa zmiana jednego z wymiarów linii współosiowej
²=(2"µr)/0 ; Z0=60/"µr*ln(a/b) ; CTE11=(a+b)* "µr ; fCTE11=c/ CTE11
Najważniejsze nieciągłości: - pojemność rozwartego końca LW; - pojemność skokowej zmiany średnicy
przewodu wewnętrznego i zewnętrznego.
Wyznaczamy Ä… i Ä.
Wykresy obowiązują dla LW wypełnionych powietrzem. Jeżeli wypełnieniem jest dielektryk pojemność
wzrasta µr razy. Aby zachować ciÄ…gÅ‚ość impedancji charakterystycznej LW należy dobrać tak a1 i b1 aby:
a1/b1=a2/b2, na podstawie wzoru: Z0=60/"µr*ln(a/b)
RYS TEN SAM CO WCZESNIEJ Jð
Zastosowanie: - złącza; - połączenia; - układy współosiowe (filtry tłumiki).
9.Dwuwrotniki: filtry (definicja, charakterystyki, FDP, struktury prototypu, procedura projektowania
przy zadanych parametrach, zasady realizacji przy użyciu elementów o stałych skupionych i
rozłożonych, FGP  transformacja częstotliwości, zasady projektowania, struktury prototypu, FPP 
transformacja częstotliwości, zasady projektowania, struktury prototypu, problemy realizacji przy
użyciu rezonatorów, inwertery, podstawowe przykłady FPP z inwerterami (transformatory
ćwierćfalowe, szczelina w przewodzie prowadnicy TEM).
Filtry mikrofalowe  układy, których zadaniem jest przenoszenie sygnałów mikrofalowych w określonym
paśmie częstot. (dolno-, pasmowo-, górnoprzepustowe) lub tłumienie (przez odbicie) sygnałów w określonych
pasmach. Budowane z rezonatorów lub odcinków linii przesyłowych.
FDP
Charakterystyki
Maksymalna płaska Butterwortha max plaska
S t r o n a | 12
É1-czÄ™stot. graniczna pasma przep.
A2 -ð 1
log
A1 -ð 1
n =ð
wð2
log
wð1
Równomiernie falista Czebyszewa rownomiernie falista
É1-czÄ™stot. graniczna pasma przep.
A2 -ð 1
ar cosh
A1 -ð 1
n =ð
wð2
ar cosh
wð1
Struktury prototypu FDP
Projektowanie przy zadanych parametrach
ZaÅ‚ożenie dotyczÄ…ce A1, É1 oraz A2, É2, czyli dla filtru Butterwortha i Czebyszewa. Oblicza siÄ™ ilość
elementów (ze znanych wzorów na n) dla obu filtrów. Gdy nę! stromość ch-ki przejściowej filtru też rośnie.
Korzysta się z tabel znormalizowanych wartości elementów dla poszczególnych wartości A1.
Dla Butterwortha A1=3dB, dla Czebyszewa A1=0,01 lub 0,1 lub 0,2 [dB], przy parzystości ilości elementów
n gn+1>gn
Rzeczywiste wartości elementów oblicza się ze wzorów:
Ln=gnR0/É1, Cn=gn/É1R0, R0=1/G0
Rn+1=R0gn+1 |Ln; Gn+1=G0gn+1 |Cn
Cn i Ln mogą mieć tak małe wartości, że niemożliwa jest ich realizacja jako elementy o stałych skupionych,
należy zastosować prowadnice falowe.
Zasady realizacji przy użyciu elementów o stałych skupionych i rozłożonych
Trzeba pamiętać, że kondensatory zastępujemy odcinkami linii o jak najmniejszej Z0, induktory- o jak
największej Z0.
S t r o n a | 13
Można zaÅ‚ożyć, że sin²LH"²L; ²Ld"30Ú; ²L=2 L/; 2 Lf/V= ²L= ÉL/V
X=Z0sin ²LH"Z0ÉL/V=Z0LÉ/V=LÉ
²/2=1/Z0"tg(²L/2)=c"É
FGP
Aby móc projektować FGP w oparciu o tablice dla FDP wprowadza się transformację częstotliwości.
gnR0wð wð1' 1
wðLn =ð =ð -ðgnR0 =ð -ð
wð1 wð' wð'Cn'
SzeregowÄ… cewkÄ™ zamieniamy w szeregowy kondensator.
Zasady projektowania-Ustalić wymagania na ch-kÄ™ FGP- czyli É1', A1', É2', A2'; Przeliczyć É1' i É2' na É1 i
É2 filtru FDP; Obliczyć n- liczbÄ™ elementów FDP; Przeliczyć te wartoÅ›ci na wartoÅ›ci dla FGP. |É'/É1'|=|-
É1/É|
Struktura prototypu
FPP
Transformacja częstot.
É/É1=(É'/É0'-É0'/É')/É
É=É1''-É1'/2É0  stosunek szerokoÅ›ci pasma do czÄ™stot. Å›rodkowej
É0="É'É1''= É1'+É2'/2
Zasady projektowania-Ustalamy wymagania na É1', É1'', A1, É2', É2'', A2; Przeliczamy wartość na
równoważny FDP; Korzystamy z tablic dla FDP; Przeliczamy z powrotem parametry elementów FDP na
FPP. Indukcyjności szeregowe stają się szeregowymi obw. rezonansowego, równoległe pojemności  równ.
obw. rezonas.
Struktura prototypu
S t r o n a | 14
Problemy realizacji przy użyciu rezonatorów- muszą być tak zaprojektowane, by odcinki były równej
długości /4 i fragmenty miały imp. charakter. parzystego i nieparzystego rodzaju pola. Pojawiają się efekty
nieciÄ…gÅ‚oÅ›ci na koÅ„cach pasków. Zjawisko ²e`"²0  dlatego projektujÄ…c należy dobrać Å›redniÄ… wartość ² dla
obu rodzajów pola.
na rysunku przedstawiono strukture FPP zrealizowanego na sprzezonych linich mikropaskowych . w ukladzie
tym wykorzystywane sa rozwarte na przeciwleglych koncach rezonatory mikropaskowe, każdy o dlugosci ok.
lambda g/2 Rezonatory te sa sprzezone ze soba na dlugosci lambdag/4 . filtry tego typu sa czasto forma filtru
pp wykonywana tchnika HMUS i MMUS. Wzgledne szerokosci pasma przenoszenia tego typu filtrow sa
rzedu 10-15%. Wezsze pasma przenoszenia uzyskuje siÄ™ w przypadku filtru mikropaskowego o konfig..........
Inwertery stale K i J nosza nazwe wspolczynnikow inwersji. Przyczyny stosowania inwerterow w FPP jest
oczywista. Patrzac od strony wejscia inwertera przeksztalcaja one szeregowe obwody rezonansowe w
rownolegle obwody rezonansowe. Jeżeli wiec dysponujemy rezonatorem rownowaznym rownolegle
wlaczonym to po zastosowaniu inwertera z ponizszych rys otrzymamy impedancje wejsciowa Ya=J^2Zb.
Wlaczajac taki obwod miedzy dwa inwertery otrzymujemy potrzebny nam rownowaznie szeregowo
wlaczonego szeregowego obwodu rezonansowego.
Inwerter impedancji Inwerter admitancji Za=K2/Zb
Ya=1/Za=J2/Yb=J2/j(ÉC-1/ÉL)
Dla FPP inwerter (patrząc od strony wejścia) przekształca szereg. obw. rezonans. w równoległe obw.
rezonansowe.
Funkcje inwertera może spełniać transformator ćwierćfalowy.
FPP z transformatorami ćwierćfalowymi (z inwerterami)
10. Trójwrotniki i czterowrotniki: idealne rozgałęzienie Y, dzielniki Wilkinsona i przykłady ich
zastosowań, sprzęgacze kierunkowe: definicja, właściwości, parametry robocze, ogólne przykłady
zastosowań, zasada działania dwuotworowego sprzęgacza falowodowego.
Sprzegacze 3dB w elementach tych moc sygnalu w,cz. Doprowadzona do wrot wejsciowych jest dzielona po
polowie miedzy dwa wrota wyjsciowe. Przesuniecie fazy miedzy sygnalami wyjsciowymi w zaleznosci od
typu sprzegacza wynosi 90 lub 180 stopni
S t r o n a | 15
-magiczne T: -jest to sprzęgacz 3dB; -symetryczny; -musi być dobrze dopasowany; Magiczne T jest
wynikiem polaczenia dwuch trrojwrotnikow, rozgalezienia typu E i rozgalezienia typu H. Jeśli na wrota 4
pada fala rodzaju H10 to pole elektryczne posiada symetrie parzysta względem plaszczyzny symetri struktury
i tym samym moc doprowadzonej fali rozdzieli się rownomiernie do wrut 1 i 2. fale w ramionach 1 i 2 będą
oczywiście w fazie względem siebie . dodajac odpowiednio dlugosci ramion 1i2 i zakladajac ze wrota 4 sa
dopasowane tzn s44=0 można zapisac S14=S24=1/sqrt2. ponieważ linie sil pol E i H rodzaju H10 w ramieniu
3 sa prostopadle do lini sil pol E i H w ramieniu 4 ramie 3 nie może być pobudzone przez sygnal w. Cz.
Doprowadzony do ramienia 4 tym samym mamy: S34=S43=0 Doprowadzenie do wrot 3 sygnalu w postaci
fali elektromagnetycznej rodzaju H10 spowoduje jego rozdzielenie rownomiernie do ramion 1 i 2 przy czym
fazy fal w tych ramionach będą przesuniete o 180 stopni względem siebie przy zalozeniu ze wrota 3 sa
dopasowane S33=0 można wiec napisac: S13=-S23=1/sqrt2 czyli ponieważ uklad jest odwracalny
magicznegi T będą odwracaly zaleznosci:s14=S41=s24=s42=1/sqrt2 S13=S31=-S23=-S32=1/sqrt2 -jest to
układ odwracalny; -szerokie pasmo pracy układu; - izolacja 30-40dB -nie zależny od f.
- sprzÄ™gacz gaÅ‚Ä™ziowy: -jest to sprzÄ™gacz 3-dB; -90° (bo fala jest opóz
niona o /4); -jest to struktura
realizowana na liniach mikropaskowych, liniach koncentrycznych, falowodach itp.; -wszystkie odcinki linii
transmisyjnych tworzących gałęziowy sprzęgacz kierunkowy mają długości równe /4.struktura
dwugaleziowa ,jest ukladem waskopasmowym o pasmie pracy rzedu 10%. Wieksze szrokosci pasma pracy
takich ukladow uzyskuje siÄ™ w strukturach wielogaleziowych
-pierÅ›cieÅ„ hybrydowy: -jest to sprzÄ™gacz 3-dB; -sprzÄ™gacz 180°; -elektryczna dÅ‚ugość obwodu pierÅ›cienia
wynosi 1,5; -macierz rozproszenia jest taka sama jak przy magicznym T; -pierścień posiada płaszczyznę
symetrii; -jest to element wąskopasmowy ze względu na zależność od f. . Przedstawiona struktura
dwugaleziowajest ukldem waskopasmowym o pasmie pracy rzedu 10%. Wieksze szerokosci pasma pracy
takich ukladow uzyskuje siÄ™ w strukturach wielogaleziowych
Zastosowanie 3dB sprzegaczy: - w ukladach i systemach w.cz. i mikrofalowych -w szczegolnosci do
mieszaczy zrownowazonych , przesownikow fazy i tlumikow, dysktyminatorow czestotliwosci i fazy,
modulatorow amplitudy i fazy, filtrow , obwodow dopasowujacych.Przyklady: regulowany przesownik
fazy,regulowany tlumik
Rozgałęzienie Y
Dopasowanie jest tylko między mostami 1-2 i 1-3.
1/ 3 2 / 3 2 / 3
S =ð -ð 2 / 3 1/ 3 2 / 3
2 / 3 2 / 3 1/ 3
S t r o n a | 16
Miejsce rozgałęzienia jest nieciągłością dla każdego z ramion  zatem mamy niedopasowanie złącza do 3
wrót układu. Zawsze można zewrzeć jedno z ramion w takim miejscu, aby nie było przepływu energii miedzy
pozostałymi ramionami. Jeżeli rozgałęzienie jest symetryczne (np. w stosunku do 1), to zwarcie w ramieniu w
odpowiednim miejscu umozliwi przepływ fali między pozostałymi bez odbić.
Dzielnik mocy Wilkinsona( cel: dopasowanie wszystkich 3-ch wrot , izolacja wrót 2i 3)
Dzielniki realizuja: podzial sygnalu, sumowanie sygnalow.
Przy pobudzeniu wrót 1 VA=VB przez rezystor nie płynie prąd. Fala wędruje do 2 i 3 w punktach A i B,
każda ze składowych fal ma taka sama wartość. Czyli jeden półpierścień to nic innego jak transformator
ćwierćfalowy. Przy pobudzeniu np. wrót 3, w punkcie A zniosą się 2 fale: fala, która dotrze tam przez rezystor
R i fala, która po podziale na wrota 1 i 2 dotrze do punktu A po całym pierścieniu. A
aczenie tych struktup
powoduje Poszerzenie pasma pracy uzyskuje się tak: Dla większej ilości wyjść:
dzielnki mogą mieć nieparzyta ilosc wyjsc. Dla dzielnikpow 4 wyjsciowych zawartosc Z01 jest do realizacji
Cyrkulatory zlÄ…czowe: trojwrotnik nieodwracalny, doskonale dopasowany transmitujacy bez strat fale
padajaca do sasiednih wrot zgodnie z kierunkiem cyrkulacji. W kierunku przeciwnym
calkowita(nieskonczona)izolacja wrot. W cyrkulatorach zlaczowych wykorzystuje się anizotropie niektórych
materialów np.:ferrytow, polegajaca na zaleznosci stalej fazowej od kierunku propagacji. Maciez s idealnego
cyrkulatora trojwrotowego: S=[0 0 1; 1 0 0; 0 1 0].
zastosowania cyrkulatorow: jako izolatory po zamknieciu trzecich wrot obciazeniem dopasowanym; do
polaczenia jednej anteny nadajnikiem i odbiornikiem; w modulatorach fazy.
właściwości idealnych sprzegaczy kierunkowych: wszystkie wrota dopasowane, *bezstratne, *odwracalne, *
*czterowrot-niki, *przy pobudzeniu jednych wrut fala padajaca, fale wybiegaja z dwuch pozostalych wrut
podczas wrota czwarte sa izolowane.
Sprzęgacze kierunkowe- są to czterowrotniki, których (w idealnym przypadku) wszystkie wrota są
dopasowane. Jest odwracalny, wzajemny. Przy pobudzeniu jednych wrót falą padającą, fala ta rozdziela się i
dochodzi do dwóch innych wrót układu podczas, gdy wrota czwarte są izolowane.
Jest to czterowrotnik skladajacy siÄ™ najczesciej z dwuch linii transmisyjnych sprzezonych ze soba w taki
sposób, ze moc fali odbitej elektromagnetycznej rozchodzacej się w jednej lini jest czesciowo przekazywana
do drugiej linii przy zachowaniu pewnych szczegolnych właściwości kierunkowych.
Parametry robocze sprzegaczy kierunkowych
Współ. transmisji: T=10log(P2/P1), T1[dB]<0; T=10log(P1/P2), T1[dB]>0
Współ. sprzężenia: C=10log(P3/P1), T3[dB]<0
Współ. izolacji: I=10log(P4/P1), T4[dB]<0
Kierunkowość: D=10log(P3/P4), czyli jak wygląda przewaga sygnału w miejscu, gdzie się powinien pojawić
w stosunku do sygnału w miejscu, gdzie jego pojawienie się jest niepożądane.
Przyklady zastosowan sprzegaczy kierunkowych: w przyzadach do automatycznego pomiaru maciezy S: do
pomiaru probek fal padajacych, odbitych przetransmitowanych; w ukladach pojedynczo zrownowazonych
mieszacz czestotliwosci: sluza do polaczenia 2 diod lub tranzystorow oscylatorem lokalnym i zrodlem
S t r o n a | 17
syganalupoddawanego przemianieczestotliwosci, przy zachowaniu izolacji lub zrodel; w zrownowazonych
cyfrowych modulatorach fazy: sluza do kierowania do wrot wyjsciowych fal odbitych od struktur
modulujacych faze fali padajacej. W reflektometrach monitorach mocy,tlumikach, przesownikach fazy.
Zasada działania dwuotworowego sprzęgacza kierunkowego-zbudowany z dwóch identycznych dzielników
falowodu prostokątnego sprzężonych dwoma otworami leżącymi na osi sprzęgacza.
Przyklady struktur sprzegaczy kierunkowych
D jest przesuniÄ™te wzglÄ™dem A o 180Ú, zatem A i D siÄ™ znoszÄ…. Fale C i B sÄ… opóz
nione o 90Ú wzglÄ™dem a1.
Dlatego się dodadzą (mają równe amplitudy). Jeżeli pobudzamy 2, to wrotami izolowanymi będą wrota 3. W
idealnym sprzęgaczu każdy otwór działa jak reaktancyjny tłumik falowodowy  tłumienie zależne od
średnicy.
Macierz rozproszenia sprzegacza kierunkowego: odpowiednie wrota sprzegacza sa wzajemnie izolowane
wiec: S13=S32=S24=S42=0 ponieważ sprzegacz kierunkowy jest elementem odwracalnym wiec jego
macierz musi być macierza symetruczna tj: S12=S21; S34=S32; S14=S41; S23=S32. symetria sprzegacza
może być wykorzystana w celu dalszego zmniejszania liczby niezaleznych elementow macierzy rozproszenia
. jeżeli sprzegacz jest calkowicie symetrycznym wówczas: S12=S21=S34=S43 oraz S14=S41=S23=S32. jeśli
przyjmiemy ze oba wrota jednej z lkini transmisyjnej sprzegacza sa dopasowane tzn ze S11=S22=0 można
wykazac ze pozostale 2 wrota sa także dopasowane
Zastosowanie w reflektometrach, monitorach mocy, miesza-czach i wzmacniacach zrownowazonych ,
tlumikach i przesownikach fazy.rozgalezienia hrydowesa stosowane:we wzmacniaczach i mieszaczach
zrownowazonych oraz regulowanych przesownikach fazy i tlumikach mocy.
Sprzegacze kierunkowe ze sprzezonymi w sposób ciagly liniami transmisyjnymi RYSUNEK!! W
sprzezonych liniech transmisyjnych rozchodza siÄ™ fale dwuch rodzajow , rodzaju parzystego i nieparzystego .
wzajemne oddzialywanie obu rodzajow fal jest zrodlem sprzezenia miezdy liniami oraz okreslonych
właściwości kierunkowych struktury. Właściwości można opisac za pomoca liniowych kombinacji
transmisyjnych i odbiciowych parametrow struktury definiowanym przy parzystm pobudzeniu i nieparzystm
pobudzeniu lini.
12. Wzmacniacze tranzystorowe  skrót problematyki (współczynnik szumów, parametry szumowe,
zarys analizy stabilności i związane z tym parametry).
Współczynnik szumów F- do opisów szumowych dwuwrotników liniowych
Tr=T0(F-1)
T0-zwykle 290K; Tr-temp. szumów odbiornika
Tr
Tr
=ð F -ð1
F =ð 1+ð
T0 T0
;
Wzór na obliczanie wartości współcz. szumów F kaskadowo połączonych liniowych dwuwrotników:
(ðF2 -ð1)ð (ðF3 -ð1)ð
F =ð F1 +ð +ð +ð ...
G1 G1G2
S t r o n a | 18
F1, F2, F3-wartości wsp. szumów kolejnych dwuwrotników; G1, G2- wzmocnienia mocy kolejnych
dwuwrotników.
F=(Pswe/Pszwe)(Pswy/Pszwy)=Pszwy/G"Pszwe
Pszwe=kT0B; F=Pszwy/G"kT0"B
Zatem F to stosunek całkowitej mocy szumów wydzielanej w rezystancji obciążenia do tej części mocy, która
pochodzi od szumów termicznych generowanych w rezys. z
ródła.
Parametry szumowe- Fmin, Rn, Gsopt, Bsopt lub Fmin, Rn, “sopt=|“sopt|
Stabilność
Tranzystor lub wzmacniacz jest stabilny bezwarunkowo/ bezwzglednie jeśli:
|“WE|<1 ; |“L|<1 przy |“WY|d"1 ; |“S|<1
GðLS12S21
GðWE =ð S11 +ð <ð 1
1 -ð GðLS22
GðS S12S21
GðWY =ð S22 +ð <ð 1
1 -ð GðS S11
“L=(ZL-Z0)/(ZL+Z0)
Jest to granica bezwzględnej stabilności na wykresie Smith a, są to tzw. okręgi o stabilności współrzędnych
środków i promieniach:
rL=|(S12"S21)/(|S22|^2-|"|^2)|; cL=(S22-"S11)/(|S22|^2-|"|^2), gdzie "=S11"S22-S12"S2;
Współczynnik stabilności
2 2 2
1 -ð S11 -ð S22 -ð Dð
K =ð
2 S11 ×ð S22
"=S11S22-S21S12
Gdy K>1; |S11|<1 i |S22|<1(bezwzględna stabilność)
Tranzystory mikrofalowe są więc bezwzględnie stabilne, jeżeli |S11|<1, |S22|<1 i K>1 w pełnym paśmie
częstotliwości (tam gdzie tranzystor posiada właściwości wzmacniające). Dla K<1 tranzystor jest potencjalnie
niestabilny.
Powielacze czestotliwosci
Zastosowanie: glownie w zakresie fal mm oraz w syntezerach czestotliwosci Podztawowe parametry: 1)straty
powielania Ln=P1/Pn[W/W]=10logP1/Pn[dB] P1 moc dysponowana. W powielaczach warystorowych
Ln>=n^2 2) moc wyjsciowa, ewen dopuszczalny zakres zmian P1 3) widmo sygnalu w obciazeniu , wzgledny
poziom skladowych nieporzadanych , szumy AM i FM 4) szerokosc pasma pracy5) impedancja wejsciowa,
WFS1(f1), optymalnaimpedancja obciazenia Warunki minimalizacji Ln: 1)dopasowanie energetyczne dioda-
zrodlo sygnalu przy f1. 2) optymalna impedancja obciazenia diody przy nf1. 3)optymalne reaktancje
obciazenia diody przy pozostalych czestotliwosciach, brak strat energii w zewnetrznym obwodzie pradu
stalego. 4) mjinimalizacja strat w ukladzie powilacza. Zalety i wady powielaczy warystorowych 10 potecjalne
szerokie pasmo pracy2)stabilnosc. 3) male zmiany parametrow przy zmianach poziomu sygnalu
wejsciaowego w szerokom zakresie. 40 wysokie straty powielania szczególnie przy n>3, praktycznie
ograniczenie poziomu mocy sygnalu wyjsciowego Powielacze waraktorowewykorzystywane przyzady;
waraktory z bariera Schottkego , waraktory p-n. Ogolne właściwości: 1) teoretycznie Ln>=1 (zaleta w
poownaniu z warystorami) 2) wieksze wartosci mocy wyjsciowej niż w powielaczach warystorowych. 30
waskie pasmo pracy , ponieważ dominuje srednia reaktancja waraktora 4) silna zaleznosc parametrow od
poziomu sygnalu wej 5) czasem problem ze stabilnoscia 6) warunki minimalizacji Ln jak w powielaczach
warystorowych. Powielacz wielodiodowy RYSUNEK szeregowe polaczenie m identycznych diod :m-krotny
wzrost napiecia przebicia , impedancji wejsciowej ,mocy; rownolegle polaczenie m identycznych diod: m-
krotny wzrost max wartosci pradu przewodzenia , m-krotne obnizenie impedancji wejsciowejj , m-krotny
wzrost mocy. Zastosowanie diod antyrownoleglych : powielacze czestotliwosci na zakres fal milimetrowych
(n=3 lub n=5) eliminacja nieporzadanych skladowych rzedu parzystego dzieki symetri diod.
S t r o n a | 19
Diodowy uklad przemiany czestotliwosci RYSUNEK!! Realizacja praktyczna: Rozdzielenie torow fs, fp,
fwy przy pomocy filtrow, sprzegaczy kierunkowych lub balunow. W przypadku mieszaczy czestotliwosci
fwy=|fs-nfp|=f0, przy czym często fo<zwiazane z efektywnym wprowadzeniem i wyprowadzeniem sygnalu do diody oraz eleiminacja sygnalow
nieporzadanych.
Oscylatory tranzystorowe:
Podstawowe elementy ukladu oscylatora w przypadku tranzystorow bipolarnych konfiguracja WE i WB. W
przypadku polowych WS. Tranzystor jest tu elementem aktywnym, za pomoca którego otrzymujemy
rezystancje ujemna niezbedna dla spelnienie warunku samowzbudzenia.blokowy uklad zastepczy: RYS
Warunek samowzbudzenia warunek amplitudy  Rt+Rs<0 warunek fazy Xt+Xs=0
Warunek stanu ustalonego warunek amplitudy -Rt+Rs=0 warunek fazy Xt+Xs=0
Dioda Schottky ego Złącze metal półprzewodnik w postaci planarnego kontaktu metalicznego,
naniesionego na odpowiedni półprzewodnik. Dzięki tej konstrukcji diody te są mechanicznie i
elektrycznie trwałe. Resztę pow pokrywa się warstwą ochronną. Stosuje się tu dwuwarstwowy materiał
półprzewodnikowy: cienka warstwa typu n, która jest zbudowana na grubszej warstwie półprzewodnika
zdegenerowanego n+. Diody te majÄ… mniejszÄ… rezystancjÄ™ szeregowÄ…. Kontakt n-p otrzymuje siÄ™
spawając do niego drucik lub taśmę oraz pole kontaktowe, które powoduje powstanie pasożytniczej
pojemności diody.
Elementy nieliniowe konduktancja oraz pojemność warstwy opóz
nionej (polaryzacja zaporowa)
Wykorzystuje się diody jako nieliniowe rezystancje lub pojemność. Różnią się tylko średnicą złącza,
domieszkowaniem i grubością warstwy epitaksjalnej. Ch-uje się dużą szybkością działania: mieszacze,
powielacze f.
Dioda pin umieszczona w oprawce współosiowej RS całkowita szeregowa R strat, Ci pojemność
warstwy opóz
nionej. Po spolaryzowaniu w kierunku przewodzenia następuje przejście elektronów do
obszaru  i z  n+ i dziur z  p . Pojawia się prąd przewodzenia Ip a Ri zaczyna maleć. Dioda dla b.w.cz.
jest jak regulowany R z elementem pasożytniczym, są stosunkowo wolne
Tranzystor bezwzględnie stabilny, potencjalnie niestabilny Tr jest bezwzględnie stabilny jeżeli
|“we|<1 |“wy|<1 przy |“L|<1 |“S|<1 Bada siÄ™ okrÄ™gi stabilnoÅ›ci na wykresach Smitha. Obszar leżący
wewnÄ…trz lub na zewnÄ…trz tego okrÄ™gu reprezentuje zbiór “L dla których rozpatrywany ukÅ‚ jest stabilny.
Tr mikrofalowe są bezwzględnie stabilne jeżeli |S11|<1 |S22|<1 i K>1 (warunek stabilności) w pełnym
paśmie f lub K>1 i |"|<1 (wyznacznik macierzy S). Jeżeli K<1 jest potencjalnie niestabilny.
Zasada działania mikrofalowego ukł przemiany f z diodą Schottkyego Konduktancja ta jest zależna
od czasu: g(t)=G0+G1cosÉL0t+G2cos^2ÉL)t+& Syg podawany na D o nieliniowej konduktancja
poddawany przemianie jest słabszy niż syg V(LO). Zatem i płynący przez diodę
i(t)=g(t)Vs=VscosÉ(s)t[g(t)]. Zatem otrzymujemy nast widmo syg i konduktancja&
Jak wykonuje siÄ™ elementy z falowodem prostokÄ…tnym na falach mikrofalowych realizuje siÄ™ je w
procesach obróbki mechanicznej. Podstawowymi operacjami tej tech są toczenie, frezowanie, wiercenie,
szlifowanie, polerowanie, lutowanie, spawanie bÄ…dz
procesy elektrochemiczne. Ukł takie mają duże
rozmiary, wagÄ™ i koszt.
Dzielnik mocy (dzielnik wilkinosona) SÄ… stosowane w szerokim zakresie w telekomunikacji. Zwykle sÄ…
obciążone niezależnymi od f rezystancjami Zo. Stosowane są w celu dopasowania wszystkich 3-ch wrót,
oraz izolację wrót 2 i 3.
SSLP linie te mają strukturę podobną do symetrycznych linii paskowych jednak przewodnik środkowy
ma tu formę pręta o przekroju kołowym, kwadratowym, prostokątnym. Dielektrykiem wypełniającym
linie jest najczęściej powietrze Stosuje się je w filtrach, małe straty, duża swoboda doboru parametrów.
Dokładnie można dobierać wsp sprzężenia.
SNOP wzajemna pojemność pasków zbliżonych krawędziami jest nieduża, nie można uzyskać silnego
sprzężenia. Pole parzyste i nieparzyste w różnym stopniu wypełniają dielektryk i powietrze, stąd są różne
efekty przenikalności oraz prędkości fazowe Para linii sprzężonych tworzy czterowrotnik, dla którego
można obliczyć macierz wsp rozproszenia. Wyrazy tej macierzy są skomplikowane, jednak
wprowadzając pewne uproszczenia można je wyznaczyć w dość łatwy sposób. Technologia używana do
produkcji tych linii może być metoda obróbki mechanicznej, wówczas operacjami produkcyjnymi są
wiercenie, toczenie i frezowanie materiału.
S t r o n a | 20
Pojęcie nieciągłości w prowadnicy falowej Ze względu na zastosowanie odcinków prowadnic falowych
łączących szeregowo, równolegle, rozwartych, zwartych na końcach, rozgałęzień prowadnic
wprowadzamy deformację rozkładu pola elektromag.
Pojęcie nieciągłości w prowadnicy falowej CD np. rozwarty na końcu odcinek NLP. Pole w otoczeniu
zakończenia NLP zachowuje się jakby linia była nieco dłuższa niż w rzeczywistości. Można to
przedstawić za pomocą poj Cu rozwartego końca linii NLP bądz
wydłużenia linii NLP oznaczonego Zk.
Podobne zmiany szerokości mikropaska powodują powstanie nieciągłości. Jaka ilość elementów
powinien posiadać FDP o ch-ce czybyszewa f1=2GHz, A1=0,1dB, f2=1,7GHz, A2=30dB
·=arccosh(sqrt{A2-1}/{A1-1})/arcosh(w2/w1) =6,1/0,88 = 7
Klistron jest przykładem próżniowego przyrządu do generacji mikrofal. Ze względu na wrażliwość
przestrajania można stosować je w ukł ARCz. Wadą jest kłopotliwe zasilanie, ograniczona trwałość.
Zalety dobre wł szumowe, możliwość wykorzystania do generacji mikrofal aż do 150GHz. Zasada
działania: stałe pole przyspiesza strumień elektronów, dociera do rezonatora o drobnych oczkach.
Elektrony wzbudzają napięcie które przyspiesza bądz
hamuje elektrony zmieniając prędkość początkową
elektronów wybiegających z rezonatora. Następnie wpadają w obszar pola hamującego i zawracają do
rezonatora.
Magnetron są to diody próżnioweprzeznaczone do generacji bardzo dużych mocy. Stałe pole elektryczne
przyspiesza elektrony emitowane przez katodę. Pole mag (zgodnie regułą lewej ręki) powoduje powstanie
prostopadle skierowanej siły zmieniającej tor elektronu. Elektron wpada w obszar zmiennego pola elektr
powodując jego wyhamowanie, zanik siły zakrzywiającej i mocy cykl. Wymagane jest uzyskanie
synchronizmu zmian kierunku pola wytworzonego przez rezonatory oraz średniej prędkości kątowej
elektronów.
FWP Aby umożliwić ich projektowanie w oparciu o tablicę przygotowane dla FDP wprowadza się
transformatÄ™ f: É /É1 = -É1/É. Należy ustalić wymagania na ch-ce É 1,É 2, A1 , A2 okreÅ›lić dane
równoważnego FDP, obliczyć liczbę elem filtru, odczytać z tablicy zrównoważonych wartości elem FDP,
równoważne wartości elem FWP
FPP transformacja f É/É1 = (É /Éo  Éo /É )/É Ustalamy wymagania: rodzaj ch-ki, A1, A2, É1 , É1  ,
É2 , É2  , przeliczony na równoważny FDP, obliczamy liczbÄ™ elementów, korzystajÄ…c z tablic elem FDP
przeliczyć wartość elem prototypu FDP na FPP. Indukcyjności szeregowe stają się szeregowymi
obwodami rezonansowymi a równoległe poj równoległymi obwodami rezonansowymi.
Tech wielowarstwowe Aby minimalizować ukł pracujące w zakresie zakresie.w.cz. stosuje się tę
technologię. Wykorzystuje ona podłoże takie jak w hybrydowych mikrofalowych ukł scalonych, lecz
przygotowane do póz
niejszego klejenia w innym procesie technologicznym. A
ączenie między warstwami
za pomocą pometalizowanych otworów, które łączą się po sklejeniu. Metody łączenia warstw:
zgrzewanie pod ciśnieniem warstw ograniczonych z nieskończonym procesem polimeryzacji, spiekanie w
niskiej temp warstw wypełnionych proszkiem ceramicznym.
ymetryczna linia paskowa przewodnik środkowy takiej linii ma formę pręta o przekroju kołowym,
kwadratowym lub prostokątnym, Dielektrykiem wypełniającym najczęściej jest powietrze co zmusza do
stosowania podpór. SLP sostuje się głównie w filtrach.
Procesy projektowania FDP bez wzorów wybieramy typ ch-ki i liczymy liczbę elementów dla
zadanych parametrów É1, É2, A1 i A2. NastÄ™pnie korzystamy z talic podajÄ…cych znormalizowane
wartości elem. Kolejnym etapem jest ich odnormalizowanie korzystając z odpowiednich zależności
Plenarny induktor spiralny Mają one postać spirali o różnych kształtach. Stos czasem jako induktory w
MUS i powszechnie w MUS. Schemat zastępczy nie uzupełniamy o indukcyjność mostka łączącego
środek induktora z wyprowadzeniem zew.
Kondensator palczasty Ze względu na problemy z uzyskanie dużych poj przy korzystaniu z NLP stos
się C między palczaste. Konstrukcja pozwala zwiększyć poj przez wydłużenie efektywnej dł szczeliny
przy zachowaniu warunku l<<
Jak dobiera się podłoże dielektryczne w NLP należy określić param podłoża, które ma pracować na
danej f b.w.cz. WiÄ™c należy tak dobrać h i µr aby f c dana zależnoÅ›ciÄ… fc=75/hsqrt( µr-1) byÅ‚Ä… dużo
większa od f pracy ukł, a więc f<Niesymetryczna linia paskowa i falowód & Oba to przykłady prowadnic falowych. W przeciwieństwie
do NLP, falowód ten przy dobrym podłożu o takiej samej Zo można otrzymać dla różnych wartości S i
S t r o n a | 21
W. Zaletą FK jest łatwość szeregowego i równoległego montażu elem dyskretnych. KF jest prowadnicą
dyspersyjnÄ… to dyspensja Zc jak i µ jest sÅ‚aba.
Oscylator tranzystorowy. Tranzystor w oscylatorze jest elem akustycznym za pocą którego
otrzymujemy ujemną R niezbędną do spełnienia war samowzbudzenia. Ukł stabilizujący zamienia obw
rezonansowe lab rezonator. Obw wy łączy oscylator z obciążeniem oscylatora i powinien przekazywać
moc generowanego syg do obciążenia. Często jednak nadmierne obciążenie oscylatora może powodować
problemy ze samowzbudzeniem. Pożądane jest odseparowanie obciążenia od ukł stabilizującego aby nie
powodować przestrojenia oscylatora. Warunki samowzbudzenia i stanu ustalonego zapisujesię najczęściej
względem wy tranzystora: SAMOWZBUDZENIE: war amplitudy: -R(L)+R(S)<0 fazy X(L)+X(S)=0
STAN USTALONY: war amplitudy: -R(L)+R(S)=0 fazy: X(L)+X(S)=0