Branch data Line data Source code
1 : : /*
2 : : * coaxline.cpp - coaxial cable class implementation
3 : : *
4 : : * Copyright (C) 2006, 2008, 2009, 2011 Stefan Jahn <stefan@lkcc.org>
5 : : *
6 : : * This is free software; you can redistribute it and/or modify
7 : : * it under the terms of the GNU General Public License as published by
8 : : * the Free Software Foundation; either version 2, or (at your option)
9 : : * any later version.
10 : : *
11 : : * This software is distributed in the hope that it will be useful,
12 : : * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13 : : * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the
14 : : * GNU General Public License for more details.
15 : : *
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17 : : * along with this package; see the file COPYING. If not, write to
18 : : * the Free Software Foundation, Inc., 51 Franklin Street - Fifth Floor,
19 : : * Boston, MA 02110-1301, USA.
20 : : *
21 : : * $Id$
22 : : *
23 : : */
24 : :
25 : : #if HAVE_CONFIG_H
26 : : # include <config.h>
27 : : #endif
28 : :
29 : : #include "component.h"
30 : : #include "coaxline.h"
31 : :
32 : : using namespace qucs;
33 : :
34 : 0 : coaxline::coaxline () : circuit (2) {
35 : 0 : alpha = beta = zl = fc = 0;
36 : 0 : type = CIR_COAXLINE;
37 : 0 : }
38 : :
39 : 0 : void coaxline::calcPropagation (nr_double_t frequency) {
40 : 0 : nr_double_t er = getPropertyDouble ("er");
41 : 0 : nr_double_t mur = getPropertyDouble ("mur");
42 : 0 : nr_double_t rho = getPropertyDouble ("rho");
43 : 0 : nr_double_t tand = getPropertyDouble ("tand");
44 : 0 : nr_double_t d = getPropertyDouble ("d");
45 : 0 : nr_double_t D = getPropertyDouble ("D");
46 : : nr_double_t ad, ac, rs;
47 : :
48 : : // check cutoff frequency
49 [ # # ]: 0 : if (frequency > fc) {
50 : : logprint (LOG_ERROR, "WARNING: Operating frequency (%g) beyond "
51 : 0 : "cutoff frequency (%g).\n", frequency, fc);
52 : : }
53 : :
54 : : // calculate losses
55 : 0 : ad = M_PI / C0 * frequency * std::sqrt (er) * tand;
56 : 0 : rs = std::sqrt (M_PI * frequency * mur * MU0 * rho);
57 : 0 : ac = std::sqrt (er) * (1 / d + 1 / D) / std::log (D / d) * rs / Z0;
58 : :
59 : : // calculate propagation constants and reference impedance
60 : 0 : alpha = ac + ad;
61 : 0 : beta = std::sqrt (er * mur) * 2 * M_PI * frequency / C0;
62 : 0 : zl = Z0 / 2 / M_PI / std::sqrt (er) * std::log (D / d);
63 : 0 : }
64 : :
65 : 0 : void coaxline::calcNoiseSP (nr_double_t) {
66 [ # # ]: 0 : nr_double_t l = getPropertyDouble ("L");
67 [ # # ]: 0 : if (l < 0) return;
68 : : // calculate noise using Bosma's theorem
69 [ # # ]: 0 : nr_double_t T = getPropertyDouble ("Temp");
70 [ # # ]: 0 : matrix s = getMatrixS ();
71 [ # # ]: 0 : matrix e = eye (getSize ());
72 [ # # ][ # # ]: 0 : setMatrixN (kelvin (T) / T0 * (e - s * transpose (conj (s))));
[ # # ][ # # ]
[ # # ][ # # ]
[ # # ][ # # ]
[ # # ][ # # ]
[ # # ][ # # ]
[ # # ][ # # ]
[ # # ][ # # ]
[ # # ][ # # ]
[ # # ]
73 : : }
74 : :
75 : 0 : void coaxline::initCheck (void) {
76 : 0 : nr_double_t d = getPropertyDouble ("d");
77 : 0 : nr_double_t D = getPropertyDouble ("D");
78 : 0 : nr_double_t er = getPropertyDouble ("er");
79 : 0 : nr_double_t mur = getPropertyDouble ("mur");
80 : :
81 : : // check validity
82 [ # # ]: 0 : if (d >= D) {
83 : : logprint (LOG_ERROR,
84 : 0 : "ERROR: Inner diameter larger than outer diameter.\n");
85 : : }
86 : : nr_double_t f1, f2, cl;
87 : 0 : cl = C0 / std::sqrt (mur * er);
88 : 0 : f1 = cl / (M_PI_2 * (D + d)); // TE_11
89 : 0 : f2 = cl / (1 * (D - d)); // TM_N1
90 [ # # ]: 0 : fc = MIN (f1, f2);
91 : 0 : }
92 : :
93 : 0 : void coaxline::saveCharacteristics (nr_double_t) {
94 : 0 : setCharacteristic ("Zl", zl);
95 : 0 : }
96 : :
97 : 0 : void coaxline::initSP (void) {
98 : : // allocate S-parameter matrix
99 : 0 : allocMatrixS ();
100 : 0 : initCheck ();
101 : 0 : }
102 : :
103 : 0 : void coaxline::calcSP (nr_double_t frequency) {
104 [ # # ]: 0 : nr_double_t l = getPropertyDouble ("L");
105 : :
106 : : // calculate propagation constants
107 [ # # ]: 0 : calcPropagation (frequency);
108 : :
109 : : // calculate S-parameters
110 : 0 : nr_double_t z = zl / z0;
111 : 0 : nr_double_t y = 1 / z;
112 : 0 : nr_complex_t g = nr_complex_t (alpha, beta);
113 [ # # ][ # # ]: 0 : nr_complex_t n = 2.0 * cosh (g * l) + (z + y) * sinh (g * l);
[ # # ]
114 [ # # ][ # # ]: 0 : nr_complex_t s11 = (z - y) * sinh (g * l) / n;
115 [ # # ]: 0 : nr_complex_t s21 = 2.0 / n;
116 [ # # ][ # # ]: 0 : setS (NODE_1, NODE_1, s11); setS (NODE_2, NODE_2, s11);
117 [ # # ][ # # ]: 0 : setS (NODE_1, NODE_2, s21); setS (NODE_2, NODE_1, s21);
118 : 0 : }
119 : :
120 : 0 : void coaxline::initDC (void) {
121 : 0 : nr_double_t l = getPropertyDouble ("L");
122 : 0 : nr_double_t d = getPropertyDouble ("d");
123 : 0 : nr_double_t rho = getPropertyDouble ("rho");
124 : :
125 [ # # ][ # # ]: 0 : if (d != 0.0 && rho != 0.0 && l != 0.0) {
[ # # ]
126 : : // a tiny resistance
127 : 0 : nr_double_t g = M_PI * sqr (d / 2) / rho / l;
128 : 0 : setVoltageSources (0);
129 : 0 : allocMatrixMNA ();
130 [ # # ][ # # ]: 0 : setY (NODE_1, NODE_1, +g); setY (NODE_2, NODE_2, +g);
131 [ # # ][ # # ]: 0 : setY (NODE_1, NODE_2, -g); setY (NODE_2, NODE_1, -g);
132 : : }
133 : : else {
134 : : // a DC short
135 : 0 : setVoltageSources (1);
136 : 0 : setInternalVoltageSource (1);
137 : 0 : allocMatrixMNA ();
138 : 0 : voltageSource (VSRC_1, NODE_1, NODE_2);
139 : : }
140 : 0 : }
141 : :
142 : 0 : void coaxline::initAC (void) {
143 : 0 : setVoltageSources (0);
144 : 0 : allocMatrixMNA ();
145 : 0 : initCheck ();
146 : 0 : }
147 : :
148 : 0 : void coaxline::calcAC (nr_double_t frequency) {
149 [ # # ]: 0 : nr_double_t l = getPropertyDouble ("L");
150 : :
151 : : // calculate propagation constants
152 [ # # ]: 0 : calcPropagation (frequency);
153 : :
154 : : // calculate Y-parameters
155 : 0 : nr_complex_t g = nr_complex_t (alpha, beta);
156 [ # # ]: 0 : nr_complex_t y11 = coth (g * l) / zl;
157 [ # # ]: 0 : nr_complex_t y21 = -cosech (g * l) / zl;
158 [ # # ][ # # ]: 0 : setY (NODE_1, NODE_1, y11); setY (NODE_2, NODE_2, y11);
159 [ # # ][ # # ]: 0 : setY (NODE_1, NODE_2, y21); setY (NODE_2, NODE_1, y21);
160 : 0 : }
161 : :
162 : 0 : void coaxline::calcNoiseAC (nr_double_t) {
163 : 0 : nr_double_t l = getPropertyDouble ("L");
164 [ # # ]: 0 : if (l < 0) return;
165 : : // calculate noise using Bosma's theorem
166 : 0 : nr_double_t T = getPropertyDouble ("Temp");
167 [ # # ][ # # ]: 0 : setMatrixN (4 * kelvin (T) / T0 * real (getMatrixY ()));
[ # # ][ # # ]
[ # # ]
168 : : }
169 : :
170 : : // properties
171 : : PROP_REQ [] = {
172 : : { "D", PROP_REAL, { 2.95e-3, PROP_NO_STR }, PROP_POS_RANGEX },
173 : : { "d", PROP_REAL, { 0.9e-3, PROP_NO_STR }, PROP_POS_RANGEX },
174 : : { "L", PROP_REAL, { 1500e-3, PROP_NO_STR }, PROP_NO_RANGE },
175 : : { "er", PROP_REAL, { 2.29, PROP_NO_STR }, PROP_RNGII (1, 100) },
176 : : { "mur", PROP_REAL, { 1, PROP_NO_STR }, PROP_RNGII (1, 100) },
177 : : { "tand", PROP_REAL, { 4e-4, PROP_NO_STR }, PROP_POS_RANGE },
178 : : { "rho", PROP_REAL, { 0.022e-6, PROP_NO_STR }, PROP_POS_RANGE },
179 : : PROP_NO_PROP };
180 : : PROP_OPT [] = {
181 : : { "Temp", PROP_REAL, { 26.85, PROP_NO_STR }, PROP_MIN_VAL (K) },
182 : : PROP_NO_PROP };
183 : : struct define_t coaxline::cirdef =
184 : : { "COAX", 2, PROP_COMPONENT, PROP_NO_SUBSTRATE, PROP_LINEAR, PROP_DEF };
|
