Wellenwiderstand einer asymmetrischen Streifenleitung

Hallo,

ich m=F6chte den Wellenwiderstand einer asymmetrischen Streifenleitung berechnen. Breite des Streifenleiters: 100 mm Dicke des Streifenleiters: 0.2 mm Abstand zur einen Massefl=E4che: 100 mm Abstand zur anderen Massefl=E4che: 300 mm Dielektrikum: Luft

Dazu gibt es zwei Online-Tools:

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ripline_asym ergibt mit obigen Daten 114 Ohm

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ergibt mit obigen Daten 138 Ohm

Und nun frage ich mich welches Ergebnis n=E4her am tats=E4chlichen Wellenwiderstand liegt.

Gru=DF Michael

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Michael Koch
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Hallo Michael,

um dich noch mehr zu verwirren: Mein Tool sagt mir 124 Ohm Impedanz.

Mfg Henning

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Henning Trispel

Das ist dann aber keine Streifenleitung mehr sondern eine Stripline, oder? Was Du noch brauchst ist die Frequenz bei der die Impedanz bestimmt werden soll. Durch Skineffekt usw. wird sie sich leicht aendern.

Ich habe es mal mit LineCalc vom ADS rechnen lassen. Da komme ich auf

131.2 Ohm. Weicht nur minimal zwischen 10MHz und 10GHz ab wobei ich einen fast perfekten Leiter angenommen habe.

Wenn es Dir sehr wichtig ist den Wert genau zu kennen kann ich es auch mal simulieren.

Viele Gruesse, Martin

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Martin Laabs

Hallo Martin,

Die richtige Bezeichnung ist wohl asymmetrische Streifenleitung oder TEM-Zelle, glaube ich zumindest.

0 bis einige 100 MHz.

Das Material ist 0.2 mm Kupferblech.

An einer Simulation w=E4re ich sehr interessiert. Das genannte Zahlenbeispiel sollte nur zeigen, dass die verschiedenen Tools ziemlich unterschiedliche Ergebnisse liefern. Die Anwendung, um die es mir eigentlich geht, kann ich mit dem erstgenannten Tool nicht berechnen, weil es da eine Einschr=E4nkung f=FCr die Breite des Streifens gibt.

Es geht konkret um eine Streifenleitung, die zur =DCberpr=FCfung von Feldst=E4rke-Messger=E4ten dienen soll, =E4hnlich wie auf dieser Abbildung:

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Der Wellenwiderstand soll 50 Ohm sein. Die oberen und unteren Massefl=E4chen sind 500 mm breit, der Streifen soll 300 mm breit sein. Die L=E4nge des quaderf=F6rmigen Mittelteils soll etwa 700 mm sein, aber das spielt ja f=FCr die Berechnung keine Rolle. Der Abstand von der unteren Massefl=E4che zum Streifen soll 300 mm sein. Gesucht ist der Abstand von Streifen zur oberen Massefl=E4che, so dass sich 50 Ohm ergibt. Das zweite genannte Tool sagt 44 mm, aber unter der vereinfachenden Annahme dass die Massefl=E4chen unendlich breit sind.

Als Abstandhalter werde ich Kunststoff-Gewindestangen verwenden, damit ich die H=F6he des Streifens sp=E4ter so hintrimmen kann, dass die Reflektionen minimiert werden. Aber der Verstellbereich ist nicht beliebig gross -- deshalb brauche ich f=FCr den Anfang eine m=F6glichst genaue Berechnung des Abstands.

Gru=DF Michael

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Michael Koch

Trace Analyzer kommt (mit unendlich breiten Masseflächen) auf 120.6 Ohm:

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Bei den ganzen Calculator-Tools, die nur mit Näherungsformeln arbeiten, wäre ich vorsichtig - da ist schnell unklar, ob man sich noch in dem Bereich bewegt, wo die Formeln halbwegs genau sind.

cu Michael

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Michael Schwingen

Hallo,

:

ich fasse die bisherigen Ergebnisse zusammen:

114 Ohm 120.6 Ohm 124 Ohm 131.2 Ohm 138 Ohm

Woraus ich den Schluss ziehe, dass alle Ergebnisse mit Vorsicht zu geniessen sind. Aber eigentlich interessiert mich ja das andere Beispiel, das ich im vorigen Posting beschrienen habe. Der Feinabgleich auf genau 50 Ohm wird sowieso mit einer Stehwellen-Messbr=FCcke gemacht. Aber der Verstellbereich des oberen Luftspalts ist begrenzt, daher komme ich nicht um eine Simulation herum.

Gru=DF Michael

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Michael Koch

Michael Koch schrieb:

Hallo Michael,

ich wage mal eine ganz andere Betrachtungsweise...

Der niedrigste Wert und der höchste Wert liegen relativ dicht zusammen. Wenn zB der Abschluss von 114Ohm an einer Leitung von 138Ohm angeschlossen wäre, dann wäre der Reflektionsfaktor vom Betrag

r = (138-114) / (138+114) = 0.095...

Der entsprechende Wert in dB und das VSWR wären

20*log10(r) = -20.4dB und VSWR = (1+r)/(1-r) = 1.2.

Da muss man schon aufpassen, daß die Transformation von den

1xx Ohm auf 50Ohm ebenfalls so gut passt.

Ich finde die Ergebnisse doch recht ähnlich. Ansonsten kannst Du bei Bedarf eine Software bemühen, die sowas numerisch berechnet. zB Sonnet von

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ist IMHO einfach zu verwenden. Die Firma bietet eine Evaluationssoftware, die schon recht umfangreich ist.

Die Stehwellenbrücke muss auch erst die "Genauigkeit" ensprechend

-20dB bezogen auf 50Ohm haben.

Wenn man die Platten mit "Drähten" (TM) irgendwo anschliesst, dann können einem schon die Drähte als Induktivität die Anpassung kaputt machen... Je höher die Frequenz ist, desso wichtiger wird das natürlich.

Welchen Frequenzbereich willst Du denn abdecken? Was hast Du für eine Stehwellenbrücke?

Viele Grüße,

Christoph

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Christoph Brinkhaus

Hallo Christoph,

nnen

.

Der Generator wird nat=FCrlich =FCber ein 50 Ohm Koax-Kabel angeschlossen, und ebenso der Abschlusswiderstand.

0 bis einige 100 MHz. Bei h=F6heren Frequenzen wird wohl die Gleichm=E4ssigkeit des Feldes schlechter.

Hameg HZ547

Gru=DF Michael

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Michael Koch

Am 06.12.2011 21:36, schrieb Christoph Brinkhaus:

Unter den Tisch greif: Ja die ZRB2 ist noch da :-)

Butzo

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Klaus Butzmann

Am 06.12.2011 21:36, schrieb Christoph Brinkhaus:

Was! Gibts dafür noch keine Äpp aufm AiPod?

GL

--
   Hinter dem Problem des Sittenverfalls
     stecken immer Nützliche Idioten!
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Reply to
Franz Glaser

Michael Koch schrieb:

Hallo Michel,

ich hänge mich mal hier in den Thread, weil es auch um die Anwendung geht. Deine Stehwellenbrücke schaut gut aus. Ich denke dabei bloss immer an die Teile für die "fröhlichen Wellen" um 27MHz... Da ist hohe Genauigkeit nicht unbedingt notwendig.

Richtung hoher Frequenzen ist das Feld irgendwann nicht mehr allzu homogen, das passt aber schon.

Ich kenne sowas auch mit nur zwei Blechen. Macht man sowas inzwischen nicht mehr?

Du willst also drei Platten, weil Du dann mit einer quasi die Impedanz kontrollieren kannst?

Dann habe ich Dich vielleicht falsch verstanden. Du möchtest nich genau 1xx Ohm haben, sondern Du willst direkt eine Impedanz von 50 Ohm erreichen? Dann gäbe es auch keine Probleme mit der ansonsten notwendigen breitbandiger Anpassung...

Viele Grüße,

Christoph

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Christoph Brinkhaus

Hallo Christoph,

Wenn man nur zwei Bleche hat, ist der Abstand ung=FCnstig klein wenn man auf 50 Ohm kommen will.

Ja, genau. So =E4hnlich wie auf dem Bild das ich im ersten Posting verlinkt habe. Nur mit dem Unterschied, dass ich die Massefl=E4chen im Bereich der Anschlu=DFstecker nicht auf voller Breite lassen werde, sondern spitz zulaufend.

Ja, ich m=F6chte direkt 50 Ohm erreichen um jegliche Probleme mit der Anpassung zu vermeiden. Das zuerst genannte Rechenbeispiel sollte nur zeigen, dass verschiedene Programme unterschiedliche Ergebnisse liefern.

Gru=DF Michael

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Michael Koch

Michael Koch schrieb:

Hallo Michael,

ich habe mal ein wenig simuliert.

Ich habe mir zuerst als Abschätzung und zur Kontrolle die Mikrostripleitung mit unendlicher Massefläche angeschaut. Da komme ich bei 300mm Breite und 61mm Höhe auf 50Ohm.

Als nächstes habe ich eine Geometrie mit drei Ebenen erstellt:

1) Unten unendliche Masse 2) 300mm darüber eine 300mm breite Leitung mit Ein- und Ausgangsport 3) xx mm darüber mittig eine 400mm breite Fläche. Oberhalb und unterhalb ist ein 50mm breiter Streifen, der mit Vias an den Stirnseiten auf die unterste Massefläche angeschlossen ist.

-> Für xx = 65mm komme ich auf 50Ohm.

Zur Kontrolle habe ich die Struktur umgebaut.

1) Unten unendliche Masse 2) 300 mm darüber mittig eine 500mm breite Fläche, die mit Vias an der Aussenkante auf die unterste Massefläche angeschlossen ist. 3) 65 mm darüber eine 300 mm breite Leitung mit Ein- uns Ausgangsport. Das ist dann etwa eine Mikrostreifenleitung mit eher endlicher Masse. Damit komme ich auf 55Ohm. Das ist weniger, weil ja die zweite Masse zur Streifenleitung hin fehlt. Das sollte plausibel sein.

Zur weiteren Kontrolle habe ich das nochmals vereinfacht zu

1) Unten unendliche Masse 2) 65 mm darüber eine 300 mm breite Leitung mit ein- uns Ausgangsport. Das ist dann etwa eine Mikrostreifenleitung mit unendlicher Masse. Damit komme ich auf nur etwas unter 55Ohm.

Die Gesamtimpedanz scheint also durch die Struktur mit dem kleineren Abstand dominiert zu sein. Das ist ja auch logisch. Ich war allerdings erst vorsichtig, weil eine Stripline mit jeweils

105mm 50Ohm ergibt.

Das kann dann nicht sein, wenn eine Mikrostreifenleitung mit unendlicher Masse 61mm hoch ist. Durch die zweite Massefläche wird die Impedanz verkleinert, wodurch der nötige Abstand zur Kompensation etwas größer werden muß.

Die Programme arbeiten zum Teil nur für bestimmte Parameterbereiche mit brauchbarer Genauigkeit, weil dort nur Näherungsformeln angewendet werden können.

Ich habe RFSim99 für Kontrollergebnisse für die Stipline und die Mikrostreifenleitung verwendet. Für die Simulation habe ich Sonnet eingesetzt.

Deine Ergebnisse aus der Messung würden mich dann schon interessieren. Da bin ich bestimmt nicht der einzige.

Ein verkleinertes Modell sollte es ja auch tun zur Kontrolle, zum Beispiel ein Aufbau aus Pertinax-platinen...

Viele Grüße,

Christoph

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Christoph Brinkhaus

Hallo Christoph,

Ich habe provisorisch ein Modell im Ma=DFstab 1:4 gebaut. Breite der unteren Massefl=E4che: 125mm Abstand von der unteren Massefl=E4che zum Streifen: 75mm Streifenbreite: 75mm Breite des oberen Streifens: 125mm

Die Messung mit der Messbr=FCcke ergibt das beste VSWR bei ca. 21mm Abstand zur oberen Massefl=E4che, das w=FCrde in der Original-Gr=F6=DFe 84m= m entsprechen. Somit best=E4tigt die Messung deine Vermutung, dass die 44mm viel zu klein sind.

Gru=DF Michael

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Michael Koch

Hallo,

hier habe ich eine Bauanleitung gefunden, allerdings mit symmetrischem Aufbau:

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Gru=DF Michael

Reply to
Michael Koch

Hallo,

eine Sache verstehe ich noch nicht bei den TEM-Zellen die auf den folgenden Seiten abgebildet sind:

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Hier haben die beiden Massefl=E4chen von Anfang bis Ende eine konstante Breite. Somit ver=E4ndert sich das Verh=E4ltnis von Streifen-Breite zu Massefl=E4chen-Breite, und damit m=FCsste sich doch auch der Wellenwiderstand entlang des Streifens ver=E4ndern.

Gru=DF Michael

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Michael Koch

Michael Koch schrieb:

Hallo Michael!

Danke für den Versuch. Versuch macht kluch.

Die 84mm ergeben in der Simulation 57 Ohm. Bezüglich 50 Ohm entspricht das einer Reflektionsdämpfung von 24dB. Die Art der Zusammenführung der Bleche auf die Koaxkonnektoren haben sicherlich auch einen Einfluß auf die Impedanz, je nachdem ob es zu niederohmig durch zu breite Bleche mit zu kleinen Abständen oder zu hochhomig durch zu schmale Bleche mit zu großen Abständen ist. Das bezieht sich auch auf Deine Frage im übernächsten Subthread. Damit kann man bestimmt mehr verschlechtern, als um eine Fehlanpassung von nur 24dB.

Wie sieht denn die Zusammenführung der Bleche aus?

Viele Grüße,

Christoph

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Christoph Brinkhaus

Michael Koch schrieb:

Hallo Michael!

Bei Mikrostreifenleitungen kommt es auf das Verhältnis Breite zu Höhe über Massefläche an. Bei einer symmetrischen Leitung ist es auch das Verhältnis Leitungsabstand zu Leitungsbreite bzw Durchmesser.

Die TEM Zelle ist nun nicht mit unendlicher Masse, aber auch nicht gerade nur eine Zweidrahtleitung. Trotzdem ist bei beiden das Verhältnis Breite - Abstand entscheident. Das Verhältnis der Breiten ist nicht unwichtig, ist aber wohl eher ein Merkmal der nicht Idealität.

Anders herum gesehen sollte man IMHO aus der Anschauung herraus eine nicht schmaler werdende Masse mit einer noch schmaler werdenden Mittelleitung kompensieren können.

Viele Grüße,

Christoph

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Christoph Brinkhaus

Hallo Christoph,

Im Moment alles andere als ideal, das ist nur ein Provisorium. Ich bin bis auf etwa 15dB Reflektionsd=E4mpfung gekommen (0-300MHz).

Gut, dann werde ich die 21mm noch etwas verkleinern, mal sehen ob ich die Reflektionsd=E4mpfung damit noch weiter runter kriege.

Gru=DF Michael

Reply to
Michael Koch

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