Проектирование фильтра верхних частот на микрополосковой линии предназначенного для работы в приемном устройстве РЛС, страница 2

Конструкция микрополосковой линии  проста: металлический проводник (полоска) шириной Wи толщиной t, лежит на обеспечивающей прочность и жесткость конструкции подложке толщиной h,, выполненной из однородного диэлектрика с относительной проницаемостью ег и покрытой с внешней стороны слоем металла. Структура поля в линии носит достаточно сложный характер. Теоретический анализ поля в микрополосковой линии усложняется тем, что лишь часть поля концентрируется в заполненном диэлектриком промежутке между полоской и заземленным проводником, а остальная - над и рядом с полоской в воздухе. Поэтому распространяющаяся в линии мода не чистая ТЕМ, а квази-ТЕМ. С помощью термина "квази-ТЕМ" подчеркивается, что различие в структуре полей, обусловленное присутствием в линии слоистой среды воздух (ег= 1) - диэлектрик (ег=£ 1), этих двух мод невелико. На низких частотах анализ, выполненный в предположении, что распространяется мода квази-ТЕМ, дает вполне приемлемую точность, однако по мере повышения частоты становятся все более заметными продольные составляющие полей, что сказывается на результатах анализа. В частности, заметно проявляется дисперсия, т. е. волновое сопротивление линии и эффективная диэлектрическая проницаемость начинают зависеть от частоты.[1]При расчете микрополосковой линии возникает необходимость определять величину, получившую название эффективной диэлектрической проницаемости (еЭфф)Эта величина характеризует соотношение между энергиями, концентрирующимися в воздухе и диэлектрике. При отсутствии диэлектрического заполнения фазовая скорость в линии совпадает со скоростью света в свободном пространстве. Микрополосковая линия с относительно широкой полоской близка по своим свойствам к плоскому конденсатору, в котором практически вся энергия электрического поля концентрируется в диэлектрике под полоской. Поэтому величина еЭфф весьма близка к ег. Если полоска узкая , то энергия электрического поля распределяется практически поровну между воздухом и диэлектриком. В этом случае величина еэфф близка к полусумме ег воздуха и диэлектрического слоя.

В литературе приводится множество аналитических выражений для расчета параметров микрополосковых линий. Часть из них получена либо путем обработки результатов экспериментального исследования, либо, что чаще, - результатов расчета на ЭВМ. Без таких аналитических выражений невозможно обойтись при машинном проектировании, когда требуется выполнить большое число расчетов с целью оптимизации конструкции Волновое сопротивление микрополосковых линий, изготавливаемых промышленностью, обычно не выше 125 Ом и не ниже 20 Ом. Снизу значения ZB ограничиваются потерями на излучение и преобразованием в моды, распространяющиеся в поперек плоскости линии. В качестве материала, из которого выполняется подложка можно использовать разнообразные диэлектрики. Из них только два получил широкое применение на частотах до 18 ГГц и выше.

1.  Неорганический диэлектрик на основе окиси алюминия с относительной проницаемостью 8 - 10 и содержанием чистой окиси алюминия до 99,5 %.

2. Органические диэлектрики типа полистирола или стеклотекстолита с относительной проницаемостью 2—3, используемые при разработке и моделировании полосковых устройств.

Отметим, что устройства на неорганической подложке можно разработать, предварительно изготовив эти устройства на органической подkожке и, наоборот, с соответствующей коррекцией размеров всех цепей. При переходе с органической на неорганическую подложку все размеры следует уменьшить, так как относительная, а следовательно, и эффективная диэлектрическая проницаемости возрастают см. равенство .

Так как толщина подложки микрополосковых плат невелика, вводят дополнительный металлический кожух, обеспечивая тем самым механическую жесткость, возможность отвода тепла от активных элементов и защиту от атмосферного воздействия. Кожух экранирует внутреннее пространство от внешних полей. Внутри кожуха часть краевых полей замыкается на экран, а не рассеивается во внешнем пространстве, что приводит к увеличению напряженности полей в воздушном зазоре между кожухом и линией. Когда крышка и боковые части металлического кожуха удалены на расстояние, приблизительно в пять или шесть раз большее, чем соответственно толщина подложки и ширина полоски, влияние экрана на параметры линии, описываемые, пренебрежимо мало.