Ligne de transmission (Stub)

[itslunyitsluny]

salut !
svp je viens de lire le cours des lignes de transmission et il y a des trucs que je comprends pas.
1)
Pour l'adaptation par un stub, j'ai trouvé deux modélisations et j'ai pas bien compris ce qui se passe.Voici les deux modélisation:
stub 1.jpg
stub2.jpg
Pour moi un stub c'est tout simplement ajouter un fil conducteur soit pour créer un court circuit ou bien pour créer un circuit ouvert (en parallèle avec la charge).Du coup le premier schèma me parait clair car pour faire l'adaptation on va ramener l'admittance de la charge à la distance d et puis on va ramener l'admittance de stub (+oo dans le premier cas) à la distance l et il faut que leur somme soit égale à l'admittance caractéristique.
Par contre pour le deuxième schèma ,l'admittance de la charge ne sera pas ramenée ,je ne comprends pas pq?.Et on définit Z0 pour ces portions de fils qu'on ajouté (pq on a défini une telle impédance ?)
j'ajouterai au fur et à mesure d'autres questions.
Merci !
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[gts2]

Bonjour,

Le deuxième schéma n'est pas très explicite (origine ?), je pense qu'il faut rajouter la ligne de masse et connecter celle-ci pour comprendre.

[gts2]

Cela ressemble plutôt à cela :
Donc oubliez mon premier message.

La masse du Zch de droite de votre schéma est reliée à la gaine du coaxial, et de même pour la masse du générateur à gauche.
C0 n'est pas relié à la masse, on peut donc penser que C0 est en circuit-ouvert.

[itslunyitsluny]

Bonjour,
pour le premier schèma (que j'ai envoyé), le quadripole d'adaptation qu'on a ajouté est un fil conducteur dont on a pas précisé les caractéristiques.La condition d'adaptation est donc (Admittance ramenée du Stub +Admittance ramenée de la charge = Admittance caractéristique)
Pour le deuxième schèma,on dit qu'on a ajouté une ligne de transmission,mais là on a précisé l'impédance du quadripole (On la pris égale à Z0),du coup pour moi la condition d'adaptation doit etre similaire à celle d'avant ,mais j'ai trouvé que la condition d'adaptation ne porte que sur les deux portions de cable ajoutées (admittance ramenée du Stub+admittance ramenée de la portion superieure du fil = admittance caractéristique).
Déjà pourquoi on a fixé l'impédance du cable ?(est ce que ce n'est pas un type usuel de cables )Et qui ce qui se passe si Z du cable est differente de Z0 (impédance caractéristique)?Si je me suis trompé sur la condition d'adaptation du deuxième schèma,veuillez me réexpliquer le principe d'adaptation d'un système .
Merci gts2

[A voir en vidéo sur Futura]

[gts2]

Je n'interprète pas le deuxième schéma comme vous :

L'impédance du générateur est Z0 identique à l'impédance caractéristique des câbles utilisés. Z0 n'est donc pas l'impédance du quadripôle : il est écrit clairement Zc=Z0 (c pour caractéristique).

On a fixé l'impédance du câble pour simplifier les calculs (et cela correspond à la réalité : impédance d'un GBF 50 ohms, impédance caractéristique d'un câble d'oscilloscope 50 ohms aussi)
Si Z est différent de Z0, les calculs sont (un peu) plus compliqués.

Sinon votre raisonnement est exact : il faut donc ramener Zch à l'entrée du câble horizontal, et la sortie ouverte à l'entrée du câble vertical.

Ce sont bien deux schéma quasi-identiques : la différence étant que pour 1 le stub est en court-circuit et que pour 2 le stub est ouvert.

Les Z sont réels ?

[itslunyitsluny]

d'accord je commence à comprendre.Du coup comment on choisit le plan auquel on va ramener les impédances?
Oui Z0 réel,Zch complexe.

[gts2]

Je pense qu'il faut considérer que tous les "fils" sont courts et donc ne prendre en compte que la longueur des deux lignes.

[itslunyitsluny]

D'accord.Déjà un truc qui me gène un peu (puisque vous avez cité la longueur des fils),on a parlé dans le cours d'ondes électriques,du coup le courant i va dépendre de x ,est ce qu'on peut définir la notion de deux composantes en "série" dans ce cas?
(Dans l'enoncé on a pas cité la longueur des fils pour les comparer avec la longueur d'onde du signal)

[gts2]

Déjà un truc qui me gène un peu (puisque vous avez cité la longueur des fils),on a parlé dans le cours d'ondes électriques, du coup le courant i va dépendre de x ,est ce qu'on peut définir la notion de deux composantes en "série" dans ce cas ?

Oui : si vous reliez deux câbles ils sont bien en série (à la jonction i1= i2)
Les deux cylindres bleus sont bien en parallèle (à la jonction i(générateur)=i1+i2)
Quand vous additionnez les admittances c'est bien parce que vous êtes en parallèle.

(Dans l'énoncé on a pas cité la longueur des fils pour les comparer avec la longueur d'onde du signal)

C'est la différence entre les cylindres bleus (ligne d'une "certaine" longueur) et les fils de liaison (simples traits supposés être courts).

[itslunyitsluny]

D'accord.Vous connaissez un petit peu QUCS ? (le programme de simulation des circuits)

[gts2]

Oui j'ai déjà utilisé.

[itslunyitsluny]

On a utilisé QUCS pour trouver les caractéristiques d'un guide microrubans (on met un guide à la place du stub et un autre en série avec la charge,les deux guides sont donc parallèles),on obtient des longueurs caractéristiques (hauteur du subtstrat h, la largeur w, la longueur L,...) et on obtient la valeur de la permittivité effective du milieu (On trouve ceci dans outil calcul de lignes).On me demande déjà de determiner les valeurs max et min de cette permittivité,ce que je savais c'est que cette grandeur dépend du matériau ainsi qu de la géométrie du milieu.J'ai pas une formule de calcul qui permet de faire des majorations et des minorations,mais en faisant des recherches j'ai trouvé que ca reste entre 1 et 10 pour les microrubans.Vous pensez que c'est correct ?
Sinon on me pose une qst que j'ai pas du tout compris:"Comment la connaissance préalable des cette valeur pour chacun des guides aurait permis d’éviter l’utilisation de qucs ? on pourra verifier à partir des longueurs impliquées dans l'étude"

[gts2]

Pour ce qui est de 1 et 10 OK (mais je suis loin d'être un spécialiste des microstrip)

Pour ce qui est de la question finale de quelle valeur parle-t-on ?

[itslunyitsluny]

je vous recopie la question dès le début :
"A quoi correspond l’information Er(Eff) : en bas à droite des écrans TRANSCALC (dans QUCS) ? Proposez des limites (inférieure et supérieure) pour les valeurs numériques affichées à ce niveau, quels que soient les paramètres utilisés pour la fréquence et les dimensions du ruban. Comment la connaissance préalable des cette valeur pour chacun des guides aurait permis d’éviter l’utilisation de TRANSCALC ? On vérifiera à partir des longueurs impliquées dans l’étude."

[itslunyitsluny]

je pense qu'on parle tjrs de la permittivité effective

[itslunyitsluny]

si vous voulez des données supplémentaires vous me dites .

[gts2]

Il est vrai que la question du message #14 hors contexte est difficilement compréhensible (pour moi, en tout cas).

[itslunyitsluny]

Voici tout ce que j'ai dans l'ordre ,si ce n'est pas clair on peut passer à autre chose.
n1.jpg
n2.jpg
n3.jpg
n4.jpg
et puis la question "A quoi correspond l’information Er(Eff) : en bas à droite des écrans TRANSCALC (dans QUCS) ? Proposez des limites (inférieure et supérieure) pour les valeurs numériques affichées à ce niveau, quels que soient les paramètres utilisés pour la fréquence et les dimensions du ruban. Comment la connaissance préalable des cette valeur pour chacun des guides aurait permis d’éviter l’utilisation de TRANSCALC ? On vérifiera à partir des longueurs impliquées dans l’étude."

[gts2]

Pas beaucoup plus inspiré, désolé.

[Gwinver]

Bonjour.

A quoi correspond Er(Eff)

Une ligne de transmission est constituée de deux conducteurs séparés par un matériau diélectrique de permittivité Er.
Mais, les lignes micro-rubans sont un cas particulier qui est ouvert, par opposition à une ligne coaxiale pour laquelle l'un des eux conducteurs englobe toute la ligne (diélectrique et âme).
Dans un câble coaxial, les lignes de champ électrique entre masse et conducteur sont toutes contenues dans le diélectrique.
Dans le cas des lignes ouvertes, comme les lignes micro-rubans toutes les lignes de champ électrique ne se referment pas à l'intérieur du diélectrique, certaines passent par l'air.
Ainsi, la permittivité diélectrique effective diffère de la permittivité du matériau. C'est le fameux Er(eff) pour permittivité relative effective.
C'est cette valeur qui doit être considérée pour calculer les longueurs d'onde le long de la ligne. De plus, Er(eff) varie avec le ratio largeur de ligne sur épaisseur du substrat (w/h), et aussi avec la fréquence. Er(eff) sera plus élevé pour une ligne large (faible impédance) que pour une ligne étroite (forte impédance).

[itslunyitsluny]

Pas de soucis,j'ai pas compris ce qu'il veut dire moi non plus
Sinon est ce que vous comprenez ceci pcq moi je comprends pas de quoi il parle:
"Analyser les différences entre ces résultats et les précédents (on pourra compléter avec toute(s) figure(s) complémentaire(s) éventuelle(s) pour justifier), en comparant notamment les effets :
1) de débordement du champ EM à l’extrémité (CO) du guide en parallèle
2) du changement de dimensions des guides lié à l’ajout de la surface carré qui accompagne le modèle de jonction en T
3) des modes évanescents excités au niveau de cette jonction en T
Quelles sont les étapes que l’on pourrait conserver telle quelle pour mener cette étude avec d’autres types de guides que microruban ?
"
normalement ces questions concernent les microrubans,voici les deux montages effectués ainsi que les résultats (abaque de smith et db(S11) avec S11 coefficient de reflexion)
mr1.jpg
mr2.jpg

[itslunyitsluny]

Salut Gwinver
J'ai compris.Est ce qu'on peut quand meme estimer des valeurs max et min de ce coefficient Er(eff)? (avec une explication si c'est possible)
Jsp si vous avez lu la conversation dès le début, mais on a effectué le calcul de ce coefficient grace à QUCS.La question qui s'est posée,comment la connaissance préalable de cette valeur permet d'éviter l'utilisation de QUCS?

[itslunyitsluny]

désolé pour le tas de questions, c'est un travail à rendre du coup je suis un petit peu pressé par le temps.

[Gwinver]

Re bonjour.

Personnellement, je n'ai jamais cherché à évaluer l'incertitude sur Er(eff).
Il y a beaucoup de contributions : celle du matériau, celle de la réalisation (épaisseur substrat, largeur de ligne ...)
Peut-être y-at-il eu un cours sur ce genre de sujet.
Le substrat tel que défini sur QUCS n'a pas de tolérances.
Sinon, le calcul de QUCS permet d'évaluer cette tolérance connaissant les tolérances de réalisation.

Apparemment, la question porte sur la prise en compte des effets parasites liés à la jonction du T entre la ligne et le stub.
Idéalement, on représente un stub raccordé à la ligne par une jonction de fils.
Mais, en réalité cette connexion ponctuelle n'existe pas, il y a le modèle que l'on voit sur le second schéma qui prends en compte un certain nombre d'effets parasités liés à cette jonction: il y a des effets capacitifs et selfiques qui ont pour effet de décaler les plans de référence de calcul des longueurs de ligne.

Malheureusement, les deux simulations ne portent pas sur la même bande de fréquence (idéal : de 1 à 3 GHz avec modèle réel de 2.5 à 3 GHz). Mais, on peut déjà voir que la performance du stub est moins bonne avec la prise en compte de la jonction réelle. Il y a aussi un décalage vers le haut de la fréquence de résonance (de ~ 1.95 GHz à 2.77 GHz) et un élargissement de la bande.
Le décalage est lié au déplacement des plans de référence.
Je ne vois pas d'où vient le segment MS6 du second schéma, on a la largeur mais pas la longueur.

[itslunyitsluny]

Ces effets capacitifs et selfiques ont ils un lien avec les effets electromagnétiques ? pcq on me demande d'analyser les debordements EM a l 'extremité du stub et de voir s'il y a des modes evanescents excités par la jonction en T ?

[Gwinver]

Tout est lié.

A la jonction en T, les courants se répartissent dans la surface du conducteur. Le long d'une ligne, le mode de propagation est normalement TEM (transverse Electro Magnétique). Le courant circule le long de la ligne et le champ électrique est entre ligne et plan de masse.
Plus exactement, la densité de courant est maximale (théoriquement infinie) au bord de la ligne et minimale (théoriquement nulle) au centre de la ligne

Mais, ce mode est dégradé à la jonction du fait des éléments parasites puisque les courants ne circulent plus exactement le long des lignes, tous les chemins des courants ne sont plus équivalents. Par exemple, le courant du côté opposé au raccord avec le stub suit le bord de la ligne. Le courant côté stub suit le bord et va vers le stub sans aller directement rejoindre la ligne après le T. Il en va de même pour les champs électriques. Tout ça n'est plus transverse.

Il y a donc des modes de propagations qui ne sont plus exactement le mode de base et qui ne se produisent qu'au voisinage du T.

Après, il faut voir le niveau de détail demandé, et les explications qui ont été données en cours. Dans la mesure du possible, il faut réutiliser les explications qui ont été données en cours ou au minimum s'appuyer dessus.
Il existe des dizaines de publications d'analyse de ces discontinuités, et les évaluations des éléments parasites associés sont souvent déterminées par la convergence d'un schéma équivalent vers des mesures.

[itslunyitsluny]

Honnetement je comprends pas le passage des ondes électriques (courant,tension) aux ondes EM.Je sais comment étudier un guide pour déterminer les modes de propagation d'un champ EM.Mais je ne sais pas interpreter les choses comme vous.On a pas ceci dans le cours.Du coup veuillez m'envoyer tout document que vous jugez etre utile pour moi.

[Gwinver]

Bonsoir.

Le principe est simple.
Dans le cas d'une ligne coaxiale ou microruban (microstrip en anglais):
il y a toujours plusieurs façon de voir les choses, raisonner en termes de courant/tension ou propagation d'ondess.

Dans le cas d'un guide d'onde la propagation se fait à l'intérieur d'un tube conducteur de section rectangulaire. On peut raisonner en termes de champ électrique et magnétique ou courant circulant dans les parois du guide d'onde et tension entre les parois du guide d'onde. Il est plus pratique de raisonner en champs car il y a une répartition spatiale étendue des dits champs. Il est même possible de définir une impédance caractéristique.
De même pour la propagation en espace libre, il n'y a plus de courant ni de tension, que des champs, mais on peut mener des calculs en termes de puissance en W/m², tension en V/m et courant en A/m relié par une impédance caractéristique : 120 Pi (~ 377 Ohms).

Il en est de même pour une ligne de propagation. Il y a un courant circulant dans les conducteurs et une tension développée entre ces conducteurs.
Il y a donc aussi un champ magnétique lié et un champ électrique entre les conducteurs. Ce ne sont que deux aspects d'un même phénomène. Le plus générique étant les champs, le plus pratique étant les courants /tension.
Toujours pour le cas de la ligne de propagation, on peut donc considérer une onde guidée par la ligne de propagation.
C'est la raison d'être des paramètres S (scattering parameters = paramètres diffraction) : plutôt que de raisonner en courant et tension, on raisonne en termes de propagation d'onde. A fréquence élevée, la mesure des tensions et courants est très problématique.

Désolé, pas de document sous la main, wikipedia est trop succinct sur le sujet des microrubans (français et anglais).

[itslunyitsluny]

J'ai compris ,merci!.
Sinon est ce que c'est normal qu'on obtient dans le cas de la jonction un dbS11 inferieur à celui de la continuité (ce qui veut dire que le cas de la jonction est optimal ???)
(je parle des deux schèmas que j'ai envoyé)

[Gwinver]

Difficile à dire car on ne sait pas le résultat recherché.
On ne sait pas ce que représente la charge ni le but du circuit.
De plus, les deux gammes de fréquence sont différentes.

Le générateur est marqué 2.74 GHz, ce qui laisse supposer que le but est d'adapter la charge eu moyen d'un stub et d'une ligne à cette fréquence.

Le circuit semble optimisé pour prendre en compte les effets de la jonction en T.
On pourrait imaginer que l'auteur s'est demandé ce que serait la réponse sans la prise en compte de la jonction, et il a du élargir la bande de fréquence pour voir apparaître la bonne adaptation ( plus basse que le 2.74 GHz).