Line capacitance and characteristic impedance calculation methods for microstrip transmission lines

Abstract

ÖZET MÎKROSERÎT ÎLETÎH HATLARI ÎCÎN HAT KAPASÎTANSI VE KARAKTERİSTİK ÎMPEDANS HESAPLAMALARI BUDAK, Ali Hakan Yüksek Lisans Tezi, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü Tez Yöneticisi : Prof. Dr. Tuncay EGE Eylül 1993, 114 sayfa Bu tezin konusu, mikroşerit iletim hatlarının hat kapasitansı ve karakteristik impedansının hesaplanmasında kullanılan çeşitli metodların karşılaştır ılmasıdır. Bu metodların kullanımının avantajları ve dezavantajları incelendi. Bu tezde, ilk olarak mikroşerit iletim hatları üzerine genel bir bilgi verildi ve sonra seçilen dört farklı metodun detaylı analizi sunuldu. Birinci metotda, sınır şartları ve değişim vektörünün sürekliliği kullanılarak, sonuçta potansiyel fonksiyonları çifteş integrallerin bir seti olarak elde edildi. Bu integrali çözmek için Galerkin metodu kullanıldı.İkinci metotda, ilk önce potansiyel fonksiyonunun Fourier dönüşümü elde edildi. Sonra dönüşen potansiyel fonksiyonu ve yük yoğunluğu fonksiyonu, değişken teknikle elde edilen integralde kullanıldı. Üçüncü metotda, problemi çözmek için açık mikroşeritin quasi TEM analizi, yeni bir Green fonksiyon yaklaşımının, kenar tekilliğinin hassas işlemi ile birleştirilerek sunulmuştur. Son metotda, hat kapasitansı ve karakteristik impedansı, Fourier dönüşümü ve yük yoğunluğu fonksiyonunun, Galerkin metodu kullanılarak türetilen integral çözümüyle elde edilmiştir. Yön bağımsız yalıtkan materyal içeren mikroşerit iletim hatlarının hat kapasitansı ve karakteristik impedans sonuçları grafiksel formda sunulmuştur. Sonra bu metotlar hassasiyetlerine göre karşılaştırıldı. Anahtar kelimeler : iletim hattı, mikroşerit, yalıtkan materyal vi

ABSTRACT LINE CAPACITANCE AND CHARACTERISTIC IMPEDANCE CALCULATION METHODS FOR MICROSTRIP TRANSMISSION LINES BUDAK, Ali Hakan M. S. in Electrical and Electronics Eng. Supervisor : Prof. Dr. Tuncay EGE September 1993, 114 pages The comparison of various methods which are used for evaluating the line capacitance and characteristic impedance of microstrip transmission lines is the subject of this thesis. Advantages and disadvantages of using these methods are also investigated. In the thesis, first a general information is given on microstrip transmission lines and then,, detailed analysis of the four different methods selected are presented. In the first method, potential functions are obtained using the boundary conditions and then continuity of mdisplacement vector results in a set of dual integrals. In the second method, first, Fourier transform of the potential function is obtained. Then transformed potential function and charge density function are employed in the integral that is obtained using variational technique. In the third method, Green's function approach based on the quasi TEM analysis of open microstrip has been presented to solve the problem by taking into account an accurate treatment of edge singularities. In the last method, line capacitance and characteristic impedance are obtained by solving the integral equation which is derived by taking the Fourier transform of the charge density function using the Galerkin's method. Results for the line capacitance and characteristic impedance of microstrip transmission lines comprising of isotropic dielectric material are presented in graphical forms. Finally these methods are compared according to their accuracies. Keywords; Transmission line, Microstrip, Dielectric Material iv