Branch data Line data Source code
1 : : /*
2 : : * twistedpair.cpp - twisted pair line class implementation
3 : : *
4 : : * Copyright (C) 2007, 2008 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 "twistedpair.h"
31 : :
32 : : using namespace qucs;
33 : :
34 : 0 : twistedpair::twistedpair () : circuit (4) {
35 : 0 : type = CIR_TWISTEDPAIR;
36 : 0 : }
37 : :
38 : 0 : void twistedpair::initSP (void) {
39 : 0 : allocMatrixS ();
40 : 0 : calcLength ();
41 : 0 : }
42 : :
43 : 0 : void twistedpair::calcSP (nr_double_t frequency) {
44 [ # # ]: 0 : calcPropagation (frequency);
45 : :
46 : 0 : nr_complex_t g = nr_complex_t (alpha, beta);
47 : 0 : nr_double_t p = 2 * z0 + zl;
48 : 0 : nr_double_t n = 2 * z0 - zl;
49 [ # # ]: 0 : nr_complex_t e = qucs::exp (2.0 * g * len);
50 : 0 : nr_complex_t d = p * p * e - n * n;
51 : :
52 [ # # ]: 0 : nr_complex_t s11 = zl * (p * e + n) / d;
53 : 0 : nr_complex_t s14 = 1.0 - s11;
54 [ # # ][ # # ]: 0 : nr_complex_t s12 = 4.0 * zl * z0 * qucs::exp (g * len) / d;
55 : :
56 [ # # ][ # # ]: 0 : setS (NODE_1, NODE_1, +s11); setS (NODE_2, NODE_2, +s11);
57 [ # # ][ # # ]: 0 : setS (NODE_3, NODE_3, +s11); setS (NODE_4, NODE_4, +s11);
58 [ # # ][ # # ]: 0 : setS (NODE_1, NODE_4, +s14); setS (NODE_4, NODE_1, +s14);
59 [ # # ][ # # ]: 0 : setS (NODE_2, NODE_3, +s14); setS (NODE_3, NODE_2, +s14);
60 [ # # ][ # # ]: 0 : setS (NODE_1, NODE_2, +s12); setS (NODE_2, NODE_1, +s12);
61 [ # # ][ # # ]: 0 : setS (NODE_3, NODE_4, +s12); setS (NODE_4, NODE_3, +s12);
62 [ # # ][ # # ]: 0 : setS (NODE_1, NODE_3, -s12); setS (NODE_3, NODE_1, -s12);
63 [ # # ][ # # ]: 0 : setS (NODE_2, NODE_4, -s12); setS (NODE_4, NODE_2, -s12);
64 : 0 : }
65 : :
66 : 0 : void twistedpair::calcNoiseSP (nr_double_t) {
67 [ # # ]: 0 : if (len < 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 twistedpair::initDC (void) {
76 : 0 : nr_double_t d = getPropertyDouble ("d");
77 : 0 : nr_double_t rho = getPropertyDouble ("rho");
78 : 0 : calcLength ();
79 : :
80 [ # # ][ # # ]: 0 : if (d != 0.0 && rho != 0.0 && len != 0.0) {
[ # # ]
81 : : // tiny resistances
82 : 0 : nr_double_t g1 = M_PI * sqr (d / 2) / rho / len;
83 : 0 : nr_double_t g2 = g1;
84 : 0 : setVoltageSources (0);
85 : 0 : allocMatrixMNA ();
86 [ # # ][ # # ]: 0 : setY (NODE_1, NODE_1, +g1); setY (NODE_2, NODE_2, +g1);
87 [ # # ][ # # ]: 0 : setY (NODE_1, NODE_2, -g1); setY (NODE_2, NODE_1, -g1);
88 [ # # ][ # # ]: 0 : setY (NODE_3, NODE_3, +g2); setY (NODE_4, NODE_4, +g2);
89 [ # # ][ # # ]: 0 : setY (NODE_3, NODE_4, -g2); setY (NODE_4, NODE_3, -g2);
90 : : }
91 : : else {
92 : : // DC shorts
93 : 0 : setVoltageSources (2);
94 : 0 : allocMatrixMNA ();
95 : 0 : voltageSource (VSRC_1, NODE_1, NODE_2);
96 : 0 : voltageSource (VSRC_2, NODE_3, NODE_4);
97 : : }
98 : 0 : }
99 : :
100 : 0 : void twistedpair::initAC (void) {
101 : 0 : calcLength ();
102 [ # # ]: 0 : if (len != 0.0) {
103 : 0 : setVoltageSources (0);
104 : 0 : allocMatrixMNA ();
105 : : } else {
106 : 0 : setVoltageSources (2);
107 : 0 : allocMatrixMNA ();
108 : 0 : voltageSource (VSRC_1, NODE_1, NODE_2);
109 : 0 : voltageSource (VSRC_2, NODE_3, NODE_4);
110 : : }
111 : 0 : }
112 : :
113 : 0 : nr_double_t twistedpair::calcLoss (nr_double_t frequency) {
114 : 0 : nr_double_t d = getPropertyDouble ("d");
115 : 0 : nr_double_t rho = getPropertyDouble ("rho");
116 : 0 : nr_double_t mur = getPropertyDouble ("mur");
117 : 0 : nr_double_t tand = getPropertyDouble ("tand");
118 : :
119 : : nr_double_t delta, rout, rin, ad, ac, l0;
120 : : // calculate conductor losses
121 : 0 : rout = d / 2;
122 [ # # ]: 0 : if (frequency > 0.0) {
123 : 0 : delta = qucs::sqrt (rho / (M_PI * frequency * MU0 * mur));
124 : 0 : rin = rout - delta;
125 [ # # ]: 0 : if (rin < 0.0) rin = 0.0;
126 : : }
127 : 0 : else rin = 0.0;
128 : 0 : ac = (rho * M_1_PI) / (rout * rout - rin * rin) / zl;
129 : :
130 : : // calculate dielectric losses
131 : 0 : l0 = C0 / frequency;
132 : 0 : ad = M_PI * tand * qucs::sqrt (ereff) / l0;
133 : :
134 : 0 : alpha = ac + ad;
135 : 0 : return alpha;
136 : : }
137 : :
138 : 0 : nr_double_t twistedpair::calcLength (void) {
139 : 0 : nr_double_t l = getPropertyDouble ("L");
140 : 0 : nr_double_t T = getPropertyDouble ("T");
141 : 0 : nr_double_t D = getPropertyDouble ("D");
142 : 0 : len = l * T * M_PI * D * qucs::sqrt (1 + 1 / sqr (T * M_PI * D));
143 : 0 : return len;
144 : : }
145 : :
146 : 0 : void twistedpair::calcPropagation (nr_double_t frequency) {
147 : 0 : nr_double_t d = getPropertyDouble ("d");
148 : 0 : nr_double_t D = getPropertyDouble ("D");
149 : 0 : nr_double_t er = getPropertyDouble ("er");
150 : 0 : nr_double_t T = getPropertyDouble ("T");
151 : :
152 : : nr_double_t q, p;
153 : 0 : p = qucs::atan (T * M_PI * D);
154 : 0 : q = 0.25 + 0.001 * p * p; // soft PTFE
155 : 0 : q = 0.25 + 0.0004 * p * p; // usual
156 : 0 : ereff = 1.0 + q * (er - 1.0);
157 : 0 : zl = Z0 / M_PI / qucs::sqrt (ereff) * qucs::acosh (D / d);
158 : 0 : beta = 2 * M_PI * frequency / C0 * qucs::sqrt (ereff);
159 : 0 : angle = deg (p);
160 : 0 : alpha = calcLoss (frequency);
161 : 0 : }
162 : :
163 : 0 : void twistedpair::saveCharacteristics (nr_double_t) {
164 : 0 : setCharacteristic ("Zl", zl);
165 : 0 : setCharacteristic ("Er", ereff);
166 : 0 : setCharacteristic ("Length", len);
167 : 0 : setCharacteristic ("Angle", angle);
168 : 0 : }
169 : :
170 : 0 : void twistedpair::calcAC (nr_double_t frequency) {
171 [ # # ]: 0 : if (len != 0.0) {
172 [ # # ]: 0 : calcPropagation (frequency);
173 : 0 : nr_complex_t g = nr_complex_t (alpha, beta);
174 [ # # ]: 0 : nr_complex_t y11 = coth (g * len) / zl;
175 [ # # ]: 0 : nr_complex_t y21 = -cosech (g * len) / zl;
176 [ # # ][ # # ]: 0 : setY (NODE_1, NODE_1, +y11); setY (NODE_2, NODE_2, +y11);
177 [ # # ][ # # ]: 0 : setY (NODE_3, NODE_3, +y11); setY (NODE_4, NODE_4, +y11);
178 [ # # ][ # # ]: 0 : setY (NODE_1, NODE_4, -y11); setY (NODE_4, NODE_1, -y11);
179 [ # # ][ # # ]: 0 : setY (NODE_2, NODE_3, -y11); setY (NODE_3, NODE_2, -y11);
180 [ # # ][ # # ]: 0 : setY (NODE_1, NODE_2, +y21); setY (NODE_2, NODE_1, +y21);
181 [ # # ][ # # ]: 0 : setY (NODE_3, NODE_4, +y21); setY (NODE_4, NODE_3, +y21);
182 [ # # ][ # # ]: 0 : setY (NODE_1, NODE_3, -y21); setY (NODE_3, NODE_1, -y21);
183 [ # # ][ # # ]: 0 : setY (NODE_2, NODE_4, -y21); setY (NODE_4, NODE_2, -y21);
184 : : }
185 : 0 : }
186 : :
187 : 0 : void twistedpair::calcNoiseAC (nr_double_t) {
188 [ # # ]: 0 : if (len < 0) return;
189 : : // calculate noise using Bosma's theorem
190 : 0 : nr_double_t T = getPropertyDouble ("Temp");
191 [ # # ][ # # ]: 0 : setMatrixN (4 * kelvin (T) / T0 * real (getMatrixY ()));
[ # # ][ # # ]
[ # # ]
192 : : }
193 : :
194 : 0 : void twistedpair::initTR (void) {
195 : 0 : initDC ();
196 : 0 : }
197 : :
198 : : // properties
199 : : PROP_REQ [] = {
200 : : { "d", PROP_REAL, { 0.5e-3, PROP_NO_STR }, PROP_POS_RANGEX },
201 : : { "D", PROP_REAL, { 0.8e-3, PROP_NO_STR }, PROP_POS_RANGEX },
202 : : { "L", PROP_REAL, { 1500e-3, PROP_NO_STR }, PROP_NO_RANGE },
203 : : { "T", PROP_REAL, { 100, PROP_NO_STR }, PROP_POS_RANGE },
204 : : { "er", PROP_REAL, { 4, PROP_NO_STR }, PROP_RNGII (1, 100) },
205 : : { "mur", PROP_REAL, { 1, PROP_NO_STR }, PROP_RNGII (1, 100) },
206 : : { "tand", PROP_REAL, { 4e-4, PROP_NO_STR }, PROP_POS_RANGE },
207 : : { "rho", PROP_REAL, { 0.022e-6, PROP_NO_STR }, PROP_POS_RANGE },
208 : : PROP_NO_PROP };
209 : : PROP_OPT [] = {
210 : : { "Temp", PROP_REAL, { 26.85, PROP_NO_STR }, PROP_MIN_VAL (K) },
211 : : PROP_NO_PROP };
212 : : struct define_t twistedpair::cirdef =
213 : : { "TWIST", 4, PROP_COMPONENT, PROP_NO_SUBSTRATE, PROP_LINEAR, PROP_DEF };
|
