Рекомендации по конструированию полосковых диаграммообразующих устройств

2. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО КОНСТРУИРОВАНИЮ ПОЛОСКОВЫХ

ДИАГРАММООБРАЗУЮЩИХ УСТРОЙСТВ

2.1. Геометрические параметры четвертьволновых ответвителей

Конструктивно полосковые четвертьволновые направленные ответвители (рис. 2) могут быть выполнены в двух вариантах.

В первом варианте каждая линия реализуется за счет избирательного травления медной фольги на одной из сторон двух заготовок фольгированного листового диэлектрического материала толщиной  мм. Это проиллюстрировано на рис. 9, где изображены поперечные сечения линий для случаев зазора, частичного наложения и полного перекрытия полосковых проводников обеих заготовок. Вторые стороны заготовок прилегают к заземленным пластинам, и фольга с них в принципе может не стравливаться. Заготовки накладываются друг на друга с требуемым совмещением  сформированных линий, шириной , обеспечивая требуемый коэффициент электромагнитной связи  [см. формулу (1)]. При этом между заготовками помещается тонкий слой диэлектрика, толщиной , исключающий замыкание участков линий при реализации частичного наложения или полного перекрытия полосковых линий. При реализации зазора (рис. 9, а) в принципе можно обойтись и без слоя диэлектрика . Однако зачастую в пределах одной конструкции из нескольких полосковых ответвителей требуется реализовать как зазор, так и частичное наложение (полное перекрытие) полосковых проводников. Поэтому использовать слой диэлектрика  рекомендуется и в случае зазора. Чаще всего в качестве заготовок используются стандартные одно- или двухсторонне фольгированные диэлектрики ФФ-4, ФАФ-4 [8, 9], толщиной  мм, выпускающиеся отечественной радиопромышленностью в виде листов с габаритными размерами  . Из этих листов вырезаются заготовки, размеры которых определяются после завершения всех компоновочных работ и расчетов. Тонкие диэлектрики, толщиной  мм, выпускаются в виде рулонной ленты из Фторопласта-4 (Тефлона), шириной 100…150 мм.

а                                          б                                          в

Рис. 9

Во втором варианте линии вытравливаются с требуемым совмещением  на обеих сторонах изначально двухсторонне фольгированной стандартной диэлектрической пленки, толщиной  мм. Примером такого радиочастотного материала является листовой диэлектрик Ф4МБСФ-2 [10], выпускаемый отечественной радиопромышленностью в виде листов, размером  , и представляющим собой Фторопласт-4 (Тефлон), армированный стекловолокном. Итоговая относительная диэлектрическая проницаемость такого диэлектрика составляет порядка . Пленка со сформированными на ней линиями размещается между листами диэлектрика толщиной  мм с близким значением . Чаще всего используется вышеупомянутый материал ФФ-4, ФАФ-4 [8, 9], фольга, с поверхности одной стороны которого полностью удаляется (стравливается) или берется изначально односторонне фольгированный диэлектрик и фольгированной стороной ориентируется к стенкам металлического корпуса.

В обоих вариантах используется связь линий за счет частичного () или полного () наложения (при этом  – величина положительная), а также зазора (, при этом  – величина отрицательная). Как правило, толщина  мкм медной покрывающей диэлектрик фольги считается пренебрежимо малой (; ). Изменением величины перекрытия  можно плавно регулировать связь линий, обеспечивая требуемый коэффициент электромагнитной связи , в то время как поперечные размеры  и  диэлектриков остаются неизменными, равными стандартным значениям толщин листового материала и пленки. Расчет поперечных геометрических параметров  и  печатных направленных ответвителей, необходимых для последующей компоновки и прорисовки топологического рисунка сверхвысокочастотной печатной платы, производится по заданному значению коэффициента связи  или по заданной (найденной) величине специального рабочего параметра , называемого «переходное затухание ответвителя» и определяемого как

, в децибелах.                        (20)

Ясно, что на центральной частоте, когда :

.         (21)

При этом величины ,  и  фиксируются в задании на курсовое проектирование или выбираются самостоятельно студентами из конструктивных соображений. Искомые значения  и , нормированные к расстоянию  между заземленными пластинами корпуса устройства, определяются по материалам работ [4, 8, 11, 12, 13] или на консультациях по курсовому проектированию.

Для наиболее широко применяемых материалов ФФ-4, ФАФ-4, Ф4МБСФ-2 () и волнового сопротивления подводящих линий  Ом рекомендуется использовать семейство соответствующих характеристик, рассчитанных по материалам работ [11, 12] и приведенных на рис. 10.

Рис. 10

2.2. Компоновка полосковых диаграммообразующих устройств

При реализации многополюсных (многовходовых) диаграммообразующих устройств согласно рис. 4, 6 или 8 возникает необходимость размещения соответствующего числа ответвителей в пределах отведенной площади заготовок и соединения их полюсов, лежащих на концах линий рассчитанной ширины , между собой или с внешними цепями (посредством разъемов). Эти соединения выполняются отрезками одиночной полосковой линии, шириной . Ясно, что окончательный вариант компоновки полосковых плат диаграммообразующего устройства определяется методом последовательных приближений, тем более, если для диаграммообразующего устройства заданы габаритные размеры посадочного места, отведенного на объекте установки (борт летательного аппарата, кузов транспортного средства и т. п.).