1leonkadende: Stub (Elektronik)

Resonante Stub-Tank-Schaltkreise im Vakuumröhrenrucksack-UHF-Transceiver, 1938. Länge etwa 1/8 Wellenlänge: (links) 200 MHz-Stummel ist 19 cm, (rechts) 300 MHz Der Stummel ist 12,5 cm

In der Mikrowellen- und Hochfrequenztechnik ist ein Stummel oder oder ein Resonanzstummel eine Länge einer Übertragungsleitung oder eines Wellenleiters, die nur an einem Ende verbunden ist. Das freie Ende des Stubs bleibt entweder offen oder (immer bei Wellenleitern) kurzgeschlossen. Wenn die Übertragungsleitungsverluste vernachlässigt werden, ist die Eingangsimpedanz der Stichleitung rein reaktiv. entweder kapazitiv oder induktiv, abhängig von der elektrischen Länge der Stichleitung und davon, ob es sich um einen offenen oder Kurzschluss handelt. Stubs können somit bei Hochfrequenzen als Kondensatoren, Induktoren und Resonanzkreise fungieren.

Stubs arbeiten mittels stehender Wellen von Radiowellen entlang ihrer Länge. Ihre reaktiven Eigenschaften werden durch ihre physikalische Länge im Verhältnis zur Wellenlänge der Funkwellen bestimmt. Daher werden Stubs am häufigsten in UHF- oder Mikrowellenschaltungen verwendet, bei denen die Wellenlänge kurz genug ist, um die Stub-Größe zu erreichen. ^[1] Sie werden oft als Ersatz für diskrete Kondensatoren und Induktoren verwendet, da bei UHF- und Mikrowellenfrequenzen konzentrierte Komponenten eine schlechte Leistung erbringen aufgrund parasitärer Reaktanzen. ^[1] Stubs werden üblicherweise in Antennenimpedanzanpassungsschaltungen, frequenzselektiven Filtern und Resonanzschaltungen für elektronische UHF-Oszillatoren und HF-Verstärker verwendet.

Stichleitungen können mit jeder Art von Übertragungsleitung aufgebaut werden: parallele Leiterbahn (wo sie Lecher-Leitung genannt wird), Koaxialkabel, Streifenleitung, Wellenleiter und dielektrische Wellenleiter. Stichleitungen können unter Verwendung eines Smith-Diagramms entworfen werden, einem grafischen Werkzeug, das bestimmen kann, welche Längenlinie verwendet werden soll, um eine gewünschte Reaktanz zu erhalten.

Kurzschluss-Stummel [ edit ]

Die Eingangsimpedanz einer verlustfreien, kurzgeschlossenen Leitung ist

${displaystyle Z_{mathrm {SC} }=jZ_{0}tan(beta l),!}$
wobei j die imaginäre -Einheit ist, ${displaystyle Z_{0}}$ ist die charakteristische Impedanz der Leitung ${displaystyle beta =2pi /lambda ,}$ ist die -Phasenkonstante der Linie und ${ displaystyle l }$ ist die physikalische Länge der Linie.
Abhängig davon, ob ${19659051] { displaystyle tan ( beta l)}$ positiv oder negativ, wird der Stub induktiv bzw. kapazitiv.
Die Länge eines Stubs, der als Kondensator fungiert C bei einer Winkelfrequenz von ${ displaystyle omega}$ dann gegeben von:

${displaystyle l={frac {1}{beta }}left[(n+1)pi -arctan left({frac {1}{omega CZ_{0}}}right)right]}$
Die Länge eines zu besetzenden Stubs als Induktor L bei gleicher Frequenz gegeben durch:

${displaystyle l={frac {1}{beta }}left[npi +arctan left({frac {omega L}{Z_{0}}}right)right]}$
Open-Circuited-Stub [ edit ]

Die Eingangsimpedanz eines verlustfreien Off-Circuit-Stubs wird durch gegeben

${ displaystyle Z _ { mathrm {OC}} = - jZ_ {0} cot ( beta l) , !}$
Daraus ergibt sich, dass ${ displaystyle cot ( beta l)}$ ist positiv oder negativ, die Stichleitung ist kapazitiv bzw. induktiv.
Die Länge eines Leerlauf-Stubs, der als Induktor fungiert L bei einer Winkelfrequenz von $[Displaystyleomega}$ ] ist:

${displaystyle l={frac {1}{beta }}left[(n+1)pi -operatorname {arccot} left({frac {omega L}{Z_{0}}}right)right]}$
Die Länge eines offenen Schaltungsstubs, der als a fungieren soll Kondensator C bei der gleichen Frequenz ist:

${displaystyle l={frac {1}{beta }}left[npi +operatorname {arccot} left({frac {1}{omega CZ_{0}}}right)right]}$
Resonant-Stub [ edit

Stubs werden häufig als Schwingkreis in Oszillatoren und verteilten Elementen verwendet Filter. Ein Stub mit offenem Stromkreis ${ displaystyle scriptstyle l}$ hat bei niedriger Frequenz eine kapazitive Impedanz, wenn ${ displaystyle scriptstyle beta l < pi / 2}$ . Oberhalb dieser Frequenz ist die Impedanz induktiv. Bei genau ${displaystyle scriptstyle beta l=pi /2}$ der Stub stellt einen Kurzschluss dar. Dies ist qualitativ das gleiche Verhalten wie bei einem Serienschwingkreis. Für eine verlustfreie Leitung ist die Phasenänderungskonstante proportional zur Frequenz.

${displaystyle beta ={omega over v}}$
wobei v die Ausbreitungsgeschwindigkeit ist und mit der Frequenz konstant ist für eine verlustfreie Leitung. Für einen solchen Fall ist die Resonanzfrequenz gegeben durch

${displaystyle omega _{0}={frac {pi v}{2l}}}$
Während Stubs als Resonanzkreise fungieren, unterscheiden sie sich von Resonanzkreisen mit konzentrierten Elementen dadurch, dass sie mehrere Resonanzfrequenzen haben; zusätzlich zu der Grundresonanzfrequenz ${displaystyle scriptstyle omega _{0},}$ sie schwingen bei Vielfachen dieser Frequenz: ${ displaystyle scriptstyle n omega _ {0} ,}$ . Die Impedanz steigt nicht weiter mit der Frequenz nach der Resonanz monoton an, wie in einem konzentrierten Schwingkreis. Es wird bis zu dem Punkt steigen, an dem ${displaystyle scriptstyle beta l=pi }$ an diesem Punkt wird es eine offene Schaltung sein. Nach diesem Punkt (der eigentlich ein Anti-Resonanz-Punkt ist) wird die Impedanz wieder kapazitiv und fällt ab. Es wird weiter fallen bis um ${displaystyle scriptstyle beta l=3pi /2,}$ es ist wieder eine kurze Schaltung. Zu diesem Zeitpunkt ist die Filterung des Stubs vollständig fehlgeschlagen. Diese Antwort der Stichleitung wiederholt sich mit zunehmender Frequenz abwechselnd zwischen Resonanz und Antiresonanz. Es ist nicht nur eine Eigenschaft von Stubs, sondern von allen verteilten Elementfiltern, dass es eine bestimmte Frequenz gibt, bei der der Filter ausfällt und mehrere unerwünschte Passbänder erzeugt werden. ^[2]
. ein Kurzschlussstummel ist ein Antiresonator bei $2 { displaystyle scriptstyle pi / 2}$ das heißt, er verhält sich wie ein Parallelschwingkreis, fällt jedoch wieder aus als ${ displaystyle scriptstyle 3 pi / 2}$ wird angefahren ^[2]

Stubmatching [ edit ]

In einer Streifenleitungsschaltung kann ein Stub kurz vor einem Ausgangsanschluss platziert werden, um kleine Fehlanpassungen aufgrund der Ausgangslast des Geräts oder des Anschlusses auszugleichen es self.

Mit Stubs kann eine Lastimpedanz an die charakteristische Impedanz der Übertragungsleitung angepasst werden. Der Stub ist in einem Abstand von der Last positioniert. Dieser Abstand wird so gewählt, dass an diesem Punkt der Widerstandsteil der Lastimpedanz durch die Impedanzwandlerwirkung der Länge der Hauptleitung gleich dem Widerstandsteil der charakteristischen Impedanz gemacht wird. Die Länge der Stichleitung wird so gewählt, dass sie den reaktiven Teil der präsentierten Impedanz exakt aufhebt. Das heißt, die Stichleitung wird kapazitiv oder induktiv gemacht, je nachdem, ob die Hauptleitung eine induktive bzw. kapazitive Impedanz aufweist. Dies ist nicht das Gleiche wie die tatsächliche Impedanz der Last, da der reaktive Teil der Lastimpedanz ebenso wie der Widerstandsteil der Impedanzwandlerwirkung ausgesetzt ist. Passende Stubs können so eingestellt werden, dass das Matching im Test korrigiert werden kann. ^[3]
Ein einzelner Stub erreicht nur bei einer bestimmten Frequenz eine perfekte Übereinstimmung. Zur Breitbandanpassung können mehrere Stichleitungen entlang der Hauptübertragungsleitung beabstandet verwendet werden. Die sich ergebende Struktur ist filterartig und es werden Filterdesign-Techniken angewendet. Beispielsweise kann das Anpassungsnetzwerk als ein Chebyshev-Filter ausgelegt sein, ist jedoch für die Impedanzanpassung anstelle der Durchlassbereichübertragung optimiert. Die resultierende Übertragungsfunktion des Netzwerks hat eine Durchlassbandwelligkeit wie beim Chebyshev-Filter, aber die Welligkeiten erreichen an keinem Punkt des Durchlassbereichs einen Einfügungsverlust von 0 dB, wie dies für den Standardfilter der Fall wäre. ^[4]

Radial Stub edit ]

Ein Mikrostreifenfilter mit Schmetterlingsstummeln

Radiale Stubs sind eine planare Komponente, die aus einem Sektor eines Kreises und nicht aus einer Linie mit konstanter Breite besteht. Sie werden mit planaren Übertragungsleitungen verwendet, wenn ein Stub mit niedriger Impedanz erforderlich ist. Leitungen mit niedriger charakteristischer Impedanz erfordern eine breite Leitung. Bei einer breiten Linie ist die Verbindung der Stichleitung mit der Hauptlinie nicht an einem genau definierten Punkt. Radiale Stubs überwinden diese Schwierigkeit, indem sie sich an der Kreuzung auf einen Punkt verengen. Filterkreise, die Stichleitungen verwenden, verwenden sie oft paarweise, wobei eine mit jeder Seite der Hauptleitung verbunden ist. Ein Paar von so verbundenen radialen Stummeln wird Schmetterlingsstummel oder Bowtiestummel genannt. ^[5]

Referenzen [ ]

^{^b} Shuart, George W. (Oktober 1934). "Neue hochohmige Leitungen ersetzen Spulen" (PDF) . Kurzwellenschiff . New York: Popular Book Corp. 5 (6): 332–333 . 24. März 2015 abgerufen.

^ ^a ^b Ganesh Prasad Srivastava, Vijmi Laxmi Gupta, Circuit Design S. 29-31, PHI Learning, 2006 ISBN 81-203-2195-2.

^ FR Connor, Wave Transmission S. 32-34, Edward Arnold Ltd., 1972 ISBN 0-7131-3278-7.

Matthaei, G .; Young, L .; Jones, EMT, Mikrowellenfilter, Impedanzanpassungsnetzwerke und Kopplungsstrukturen S. 681–713, McGraw-Hill 1964.

^ Jia-Shen G. Hong, MJ Lancaster, Mikrostreifenfilter für HF- / Mikrowellenanwendungen S. 188-190, Wiley, 2004 ISBN 0471464201.

Siehe auch [ edit

Wikimedia Commons hat Medien in Bezug auf Stubs .