Электромагнитные поля и волны. Часть 2 (Направляющие системы СВЧ-диапазона. Регулярные волноводы. Колебательные системы СВЧ. Общая теория цепей СВЧ), страница 11

Рисунок 3.6

Структура электромагнитного поля волны Т изображена на рисунке 3.6. Волновое сопротивление полосковых линий рассчитывается приближенно

                                                    , Ом                                            (3.11)

где С₁ – погонная емкость линии.

С₁– емкость плоского конденсатора,

С₁ = С_пл + 2С_кр, С_пл = εW/h,

С_кр – емкость связанная с краевыми полями.

Если положить t = 0, то Z_в приближенно равно:

при W/h > 2

,

при W/h2

                                 ,                             (3.12)

Размеры НПЛ выбирают такими:

0<t/h<0,1; а>(8…9)W; W</2; h</2.

В этом случае отсутствует излучение из линии и обеспечивается одноволновый режим на Т – волне.

Микрополосковая линия (МПЛ). В ней между узкой металлической полоской и основанием (экраном) помещается подложка из диэлектрика с = (2…8), приводит к тому, что электромагнитная энергия концентрируется в подложке с увеличением  все больше. При этом излучение уменьшается и Т – волна трансформируется в гибридную волну (у нее появляются продольные составляющие поля Е_z 0, Н_z 0). Гибридные волны имеют дисперсию, это ее недостаток, а достоинство МПЛ, то что ее размеры уменьшаются примерно в  раз. В МПЛ вместо  вводится эффективная  диэлектрическая проницаемость, так же как диэлектрик занимает не все пространство, а часть его:

                                             1 < <

Если t 0, то:

                                   =                                        (3.13)

В гибридной волне пренебрегают Е_z и H_z, так как они малы тогда такую волну называют квази – Т – волной, но ее характеристики зависят от частоты, то есть наблюдается дисперсия. Ее надо учитывать на частотах свыше 1 ГГц.

На основе МПЛ конструируется большинство интегральных схем, при этом в качестве подложки используют весьма тонкие диэлектрические пластины (доли миллиметра), имеющие достаточно высокое значение .

Щелевая полосковая линия (ЩПЛ) (рисунок 3.7а). Это двухпроводная полосковая линия, состоящая из двух металлических полосок, нанесенных на одну сторону подложки из диэлектрика с параметрами  и . Электромагнитная волна распространяется вдоль щели между проводящими поверхностями. Основной волной является Н – волна. Одноволновый режим работы ЩПЛ, а также отсутствие заметного излучения из линии обеспечиваются при W</2, h</2. В ЩПЛ более сильно проявляется дисперсия, волновое сопротивление больше чем в МПЛ, значительно ниже потери. При конструировании гибридных интегральных схем использование ЩПЛ позволяет более просто монтировать навесные элементы. Магнитное поле в ЩПЛ эллиптически поляризовано, это свойство используется при конструировании полосковых невзаимных устройств с намагниченным ферритом.

Симметричная полосковая линия (СПЛ) представляет собой трехпроводную полосковую линию, центральная полоска расположена симметрично относительно двух экранирующих, находящихся на расстоянии b (рисунок 3.7б). Основной волной является Т – волна, для которой f_кр = 0, а λ_кр = ∞. Основные характеристики ее в СПЛ можно определять по формулам для плоских волн в однородной изотропной среде. Волновое сопротивление СПЛ обычно определяют через погонную емкость С₁ также как в несимметричной полосковой линии (3.11). Здесь

С₁ =2С_пл+4С_кр,

где С_пл=2W/(b – t).

Первым высшим типом волны в СПЛ является волна Н¹. Ее критическая длина волны λ_{кр Н}¹W. Условие одноволновости можно записать в виде

W </2,

где  - длина волны Т в СПЛ.

Затухание в СПЛ в основном определяется в диэлектрике и в металле, излучение мало. Расчеты показывают, что даже в самом благоприятном случае коэффициент ослабления  + имеет величину от нескольких десятых до нескольких единиц децибел на метр на частотах свыше 1 ГГц. Это больше чем в коаксиальном кабеле. Несмотря на это СПЛ находят широкое применение, особенно в приемной аппаратуре, так как это позволяет получить малые габариты и массу устройств.