Основные типы длинных линий. Колебательные системы с распределенными параметрами (10-11 главы учебника "Радиотехнические цепи и сигналы" под ред. К.Е.Румянцева), страница 17

Для повышения добротности разомкнутых полосковых резона­торов (особенно полуволновых) их изгибают в виде подковы (см. рис. 11.4, в). Сближение противофазных  по электрическому полю торцов резонатора существенно снижает потери на излучение. Однако при уменьшении зазора sмежду торцами растут потери в проводнике резонатора (из-за эффекта близости). Поэтому суммарные потери резонатора на излучение и в проводниках при определенной величине зазора sимеют минимум, а добротность — максимум. Подковообразные разомкнутые резонаторы при оптимальной ширине зазора sимеют добротность на 55 % выше, чем прямолинейные, и являются более компактными.

Рис. 11.5. Схема неполного включе­ния нагрузки в короткозамкнутый полосковый резонатор

Расчет параметров эквивалентного колебательного контура полосковых прямоугольных резонаторов осуществляется так же, и для двухпроводных резонансных линий с помощью соотношений, приведенных в подразд. 11.2.

Полная добротность нагруженного резонатора (добротность эквивалентного контура) определяется из соотношения 1/Qэкв = 1/Q0 + 1/Qвн, где Q0собственная добротность ненагруженного резонатора; Qвн — внешняя добротность резонатора, обусловленная потерями мощности в нагрузке.

Для заданной конструкции полоскового резонатора величину полной добротности Qэкв можно регулировать, изменяя внешнюю добротность Qвн, обусловленную отбором мощности из резона в нагрузку. Это осуществляется с помощью неполного включения нагрузки в резонатор. Для примера на рис. 11.5 приведена схема неполного включения нагрузки в короткозамкнутый полосковый резонатор на несимметричной полосковой линии, один конец которого нагружен на укорачивающий конденсатор С.

б

Рис. 11.6. Варианты включения полоскового резонатора в линию схеме двух- (а) и четырехполюсника (б): 1— полосковая линия; 2— резонатор

Благодаря этому конденсатору резонатор имеет длину l < λ/4. Кроме того, конден­сатор С может быть использован доя перестройки резонатора.

При неполном включении на­грузка подключается к резонатору в точке В на расстоянии l1от короткозамкнутого конца. Изменяя положение точки В, можно регу­лировать степень включения на­грузки в резонатор, а следовательно, и величину добротности Qвн. При l1 = l из резонатора в нагрузку отбирается максимальная мощ­ность, а добротность Qвн имеет минимальное значение Qвн = ω0СэквRн, где Rн — активное сопротивление нагрузки; Сэкв — емкость эквивалентного контура резонатора. Полная добротность резонатора Qэкв при этом также минимальна. При уменьшении длины l1 добротность Qвн растет, а вместе с ней растет и полная добротность резонатора Qэкв, приближаясь к собственной доброт­ности Q0.

В интегральных схемах СВЧ микрополосковые резонаторы под­ключаются к другим элементам схемы чаще всего через микропо-лосковую линию. На рис. 11.6 показаны варианты включения по­лоскового резонатора по схеме двух- и четырехполюсника. Разме­ры зазоров s, s1, s2и длины участков взаимодействия резонатора с линией l1 и l2 выбираются, исходя из заданного коэффициента связи (коэффициента включения).

На базе прямоугольных резонаторов выполняются более слож­ные составные резонаторы, которые используются в конструкциях фильтров и представляют собой набор последовательно или парал­лельно включенных резонаторов. Пример конструкции полосового фильтра СВЧ на основе последовательно соединенных микрополосковых резонаторах приведен на рис. 11.7.

Рис. 11.7. Конструкция полосово­го фильтра СВЧ на основе по­следовательно соединенных микрополосковых резонаторов

Короткие отрезки полосковых линий с длиной l < λ/8, где λ — длина волны в линии, обладают свойствами реактивных элементов и применяются для формирования колебательных контуров в полосковых схемах.

Отрезок линии длиной l с волновым сопротивлением Wможет быть представлен эквивалентной схемой замещения T-типа участ­ка длинной линии, приведенной на рис. 11.8 (сравните с рис. 9.4, а). Параметры схемы замещения L и С связаны с параметрами участка ли­нии при условии l < λ/8 следующи­ми соотношениями: L= Wl/() и С = l/(Wfλ). Потери в коротких ли­ниях малы и обычно не учитываются.   

Рис. 11.8. Схема замещения Т-типа участка длинной линии

На рис. 11.9 показана конструктивная реализация реактивных элементов с помощью коротких отрезков полосковых линий дли­ной l < λ/8.

             в                                          г

Рис. 11.9 Конструктивная реализация реактивных элементов с помощью коротких отрезков полосковых линий длиной l < λ/8: а - последовательная индуктивность; б — параллельная емкость; в, г — парал­лельная индуктивность

Короткий отрезок линии передачи с весьма высоким волно­вым сопротивлением W, включенный в разрыв линии с более низким волновым сопротивлением Wл, эквивалентен включенной последовательно индуктивности (см. рис. 11.9, а). Соответственно, отрезок с малым волновым сопротивлением, включенный в разрыв линии с высоким волновым сопротивлением, будет вести себя как емкость, включенная в линию параллельно (см. рис. 11.9, б).

Индуктивность, включенная параллельно в линию передачи, реализуется параллельным подключением к основной линии короткозамкнутого отрезка с высоким волновым сопротивлением (см. рис. 11.9, в). Короткие отрезки линий, включаемые параллель­но в основную линию передачи, называются шлейфами. В некото­рых случаях для того, чтобы обойти технологические трудности создания короткозамыкающего контакта, индуктивные коротко замкнутые шлейфы с длиной l заменяют разомкнутыми шлейфа­ми с длиной l + λ/4 (см. рис. 11.9, г).

С помощью различных комбинаций короткозамкнутых и ра­зомкнутых шлейфов можно создать полосковые структуры, экви­валентные последовательному и параллельному контуру, вклю­ченным параллельно в линию передачи. На рис. 11.10 показаны топология и эквивалентные схемы полосковых шлейфовых струк­тур для параллельного и последовательного колебательных конту­ров. Полосковые шлейфовые структуры широко используют для реализации многозвенных фильтров СВЧ.

аб