Направляющая среда - полосковая линия

Полосковая линия - линия передачи СВЧ энергии, которая представляет собой радиоволновод для передачи электромагнитных волн в воздушной или иной диэлектрической среде вдоль двух или нескольких направляющих проводников, имеющих форму тонких полосок или пластин.

Волноводные линии (Рис.6.10), выполненные в виде печатных проводников – полосок, поперечные размеры которых много меньше длины волны в свободном пространстве, на подложке – жесткой тонкой непроводящей пластине, с высокой диэлектрической проницаемостью, получили название микрополосковых.

б)

а)

Рис. 6.10. Микрополосковая линия: - ширина проводящей полоски;

- толщина подложки (диэлектической пластины); - толщина двойного слоя – двух металлизированных пластин диэлектрика с печатным рисунком полоски на внутреннем слое

Основным достоинством микрополосковой линии (МПЛ) и различных устройств на её основе считается возможность автоматизации производства с применением технологий изготовления печатных плат, гибридных и плёночных интегральных микросхем.

Основной недостаток МПЛ, ограничивающий их применение, - это возможность применения только при малых и средних уровнях мощности СВЧ колебаний.

Полосковые линии (ПЛ) содержат проводники в виде одной или нескольких полосок, расположенных в воздухе - воздушные ПЛ (Рис. 6.11, а, б), либо нанесённых на диэлектрическую подложку (Рис. 6.11, в - д).

Иногда в качестве подложки применяют феррит или полупроводник. Воздушные ПЛ чаще используют в диапазоне частот 1-100 МГц, а ПЛ, нанесённые на диэлектрик, - до 100 ГГц.

Наиболее распространены ПЛ у которых одна поверхность подложки полностью металлизирована (МПЛ, Рис. 6.10,б и 6.11.в, г). Они обеспечивают простое соединение активных элементов интегральных схем (ИС) с подложкой через металлизированные отверстия в ней. Такие МПЛ применяются вплоть до миллиметрового диапазона волн.

В миллиметровом диапазоне чаще используются подвешенные (Рис. 6.11, д, ж) и обращённая (Рис. 6.11, е) линии.

Рис. 6.11. Типовые структуры полосковых линий передачи: а, б – воздушные; в ÷д - нанесённые на диэлектрическую подложку;

На рисунке (Рис. 6.12) приведены наиболее распространённые структуры микрополосковых линий: симметричная - а) и несимметричная – б).

Рис. 6.12. Симметричная - а) и несимметричная – б) структуры ПЛ

На рисунке (Рис. 6.13) приведена фотография усилителя СВЧ, выполненного с использованием микрополосковых несимметричных линий.

Рис. 6.13. Конструкция усилителя СВЧ, выполненного с применением ПЛ

Геометрия симметричной и несимметричной полосковых линий в поперечных сечениях представлена на рисунке (Рис. 6.14).

Рис. 6.14.Поперечные сечения полосковых линий:

а – симметричной; б – несимметричной

Пространство между пластинами полосковой линии может быть заполнено воздухом или другим диэлектриком. Основной волной в ПЛ является поперечная волна типа Т, структура силовых линий которой показана на рисунке (Рис. 6.12).

Для существования только волны типа Т в симметричной полосковой линии должны быть выполнены условия: , .

Для несимметричной полосковой линии условия имеют следующий вид: , .

Волновое сопротивление полосковой ли­нии сложным образом зависит от ее геометрических размеров, и эта зависимость в элементарных функциях не выражается. На рисунке (Рис. 6.15)представлена зависимость волнового сопротивления симметричной идеально проводящей полосковой линии от отношения w / b при t = 0. Параметром графиков является нормированная ширина пластины, а / b.

Рис. 6.15. Зависимость волнового сопротивления симметричной полосковой линии от ширины полоски при различных размерах экрана

Потери a полосковых линий складываются, как и в коаксиальном кабеле, из потерь в диэлектрике a_д и потерь в проводниках a_п:

a = a_л + a_п.

Значения a_д и a_п могут быть найдены из соотношений, приведенных, в справочниках по расчету и конструированию СВЧ полосковых устройств.

Следует отметить, что предельная мощность, передаваемая по полосковым линиям, существенно меньше мощности, передаваемой по полым и коаксиальным волноводам. Это объясняется значительной концентрацией энергии поля вблизи края полоски, малым зазором между полоской и экраном, рассеянием мощности в диэлектрике линии, а также малой шириной полоски.

Дата добавления: 2014-01-11