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2022年4月 3日 (日)

430MHz帯用 50Ω:50Ω 強制バランの検討(その2)

前回の記事で、Qマッチングには特性インピーダンスが 100 Ω の平衡型伝送線路を用いると書きました。
430MHz帯用 50Ω:50Ω 強制バランの検討(その1)

実現方法は幾つかあると思います。
例えば、Ethernet の LAN ケーブルなんかも、特性インピーダンスは 100 Ω 前後のようです。
https://www.systemgear.jp/kantsu/utpc5e.php
しかし今回は、プリント基板を使ったマイクロストリップラインで実現しようと考えています。

平行なマイクロストリップラインの特性インピーダンスは、ネットの情報を参考にします。
http://nahitafu.cocolog-nifty.com/nahitafu/2008/11/post-57a1.html
https://www.ritael.co.jp/archive/20060401a04/
https://www.wti.jp/contents/hint-plus/hint-plus074.htm
https://toragi.cqpub.co.jp/Portals/0/trcalc/trcalc.html?49

これらの情報から、伝送線路の幅を$W$、伝送線路間の距離を$S$、銅箔の厚みを$t$、基板の厚みを$H$、
基板の基材の比誘電率を$\varepsilon_{r}$とすると、
単線の特性インピーダンス$Z_{O}$は、$$Z_{O}=\frac{60}{\sqrt{0.475\varepsilon_{r}+0.67}}\times\log_{e}{\left\{\frac{4H}{0.67\times(0.8W+t)}\right\}}$$差動の特性インピーダンス$Z_{diff}$は、$$Z_{diff}=2Z_{O}\times\left(1-0.48e^{-0.96\times\frac{S}{H}} \right)$$波長短縮率$1/\sqrt{\varepsilon_{eff}}$は、$$\frac{1}{\sqrt{\varepsilon_{eff}}}=\frac{1}{\sqrt{\dfrac{\varepsilon_{r}+1}{2}+\dfrac{\varepsilon_{r}-1}{2\sqrt{1+10\times\dfrac{H}{W}}}}}$$

これらの式から、$Z_{diff}=100\Omega$ となるような組合せを見つけていきます。

伝送線路の幅 $W$ (基板の配線幅) はある程度太くしたいので、試行錯誤した結果、
$W=5.5mm$、$S=10mm$、$t=35\mu m$、$H=3.2mm$、$\varepsilon_{r}=4.7$で、
$$Z_{O}=51.4\Omega$$ $$Z_{diff}=100.4\Omega$$ $$\frac{1}{\sqrt{\varepsilon_{eff}}}=0.530$$($\varepsilon_{r}$は、ガラスエポキシ基板でよく言われている値 4.7を用いた)
を得ました。
実際の検討は、Excelに計算式を入力して、カットアンドトライしました。

 

市販のプリント基板は1.6mm厚のものが多く、3.2mm厚のプリント基板は手に入れにくいです。
そこで、2枚の片面基板を貼り合わせることにしました。
接着剤が比誘電率に大きく影響しないよう、基板の基材の成分に近そうなエポキシ系ボンドを用いることとしました。

それで作ってみたのが、このような物です。
写真には写っていませんが、裏面は銅箔ベタパターンになっています。
20220403_0001
パターンの形成は、エッチングではなく、カッターで銅箔をカットして不要な部分を剥がしました。
接着剤 (エポキシ系ボンド) は薄く均等に塗布したつもりですが、
結構気泡が残ってしまいました。

左側の部分にN型レセプタクルを付けることを考えていますので、
少し引き出し線があります (斜めに配線している部分)。
単線の特性インピーダンスも計算上 50 Ω に近いので、
この部分の影響は少ないものと考えています。

マイクロストリップラインの長さは、1/4波長 (波長短縮率込み) より長くしており、
調整の過程でカットして長さを詰めていく予定です。

 


ここまでは少し前に完成していたのですが、この先の作業が中々着手できません。

つづく

<関連記事>
430MHz帯用 50Ω:50Ω 強制バランの検討(その1)
430MHz帯用 50Ω:50Ω 強制バランの検討(その3)
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