Полоскового волновода

При выборе конструкции МПЛ необходимо учитывать не только требование минимизации габаритов, но и оптимизации электрических параметров МПЛ. Обычно рисунок полосковых проводников несимметричной МПЛ выполняется на одной стороне подложки, а экран — на другой. Минимальная ширина экрана a^w, где w — ширина полоскового проводника. Определенные требования накладываются на толщину полоскового проводника и точность выполнения его геометрических размеров, проводимость, шероховатость поверхности подложки, качество контакта экранного слоя с корпусом модуля или блока.

Ширина Ширина полоскового проводника на плате, мм перемычки, мм 0,47 0,96 0,4 + 0,05 0,9 ±0,05

Особое внимание должно быть уделено выбору элементов, которые позволяли бы осуществить подстройку параметров МПЛ путем подключения дискретных их частей или удаления части полоскового проводника с помощью лазера или микропеско-струйки. Необходимо предусмотреть возможность настройки модуля при закрытой крышке и подключение измерительных приборов без внесения значительных неоднородностей в тракт прохождения сигналов СВЧ. Кроме того, необходимо оценить напряженность поля излучения, действующего на наладчика аппаратуры СВЧ, и принять меры по уменьшению его до норм, допустимых с точки зрения техники безопасности.

Z0, - 120 я Л/(а>, У VJg » 120 я/(2 R ip, К^У. (1.45)' Реальные значения 20г могут быть рассчитаны для каждой линии по значениям Wi — ширины полоскового проводника, h — высоты полосковои линии (толщины подложки), ед, цд — относительным значениям диэлектрической и магнитной проницаемости подложки (П.3.1, П.3.2).

4. Определяются геометрические размеры полосковой структуры. Если ширина полоскового проводника и.'в окажется неприемлемо большой (toB>j 3R), необходимо либо уменьшить высоту h, либо использовать диэлектрик с большим значением ед. Вместо четвертьволнового трансформатора может быть использован четырехполюсник из отрезков линии длиной Я,в/8, схема которого показана на 3.9,6. Применение такого четырехполюсника наиболее целесообразно для расширения рабочей полосы У-циркуля-торов дециметрового диапазона, работающих в зарезонансной области магнитных полей, так как при этом получается более компактная полосковая структура. Такой У-циркулятор можно рассчитать по следующей методике. Исходными данными являются значения Л, h, Z0, ед, марка феррита.

Рассматривая возможные варианты реализации полоскового вентиля в различных точках частотного диапазона, следует отметить, что если толщина подложки и ширина полоскового проводника остается фактически фиксированными, то диаметр ферритового диска и, следовательно, угол связи 2ty могут меняться в очень широких пределах, что в общем случае не позволяет получить удовлетворительного согласования линии и резонатора, следствием чего к тому же является повышение уровня прямых потерь. Для устранения этих недостатков н используются дополнительные согласующие четырехполюсники, в качестве которых можно использовать четвертьволновые трансформаторы или другие простейшие согласующие цепи. Рассмотрим некоторые особенности по-лосковой схемы, состоящей из двух каскадно включенных четырехполюсников, имеющих матрицы рассеяния общего вида [5'] и [S"] ( 5.22). Элементы результирующей матрицы рассеяния определяются следующим образом:

Двухмерная конфигурация полоскового проводника не только упрощает конструкцию, но и позволяет создать малогабаритные и более надежные устройства.

Шероховатость поверхности диэлектрика влияет не только на величину активных потерь. Она определяет минимально достижимую ширину полоскового проводника, зазор между проводниками, регулярность границы и силу сцепления проводника с поверхностью диэлектрика. Качество изображения полосковых проводников при нанесении фотослоя на металлизированную и неметаллизированную поверхности диэлектрика определяется также их шероховатостью.

Неравномерная толщина фотослоя, обусловленная шероховатостью поверхности диэлектрика, является причиной нерегулярности границ полоскового проводника.

Глубина дефектов границы полоскового проводника (d) рассчитывается как функция наиболее вероятного угла при вершине микронеровностей (а) и их высота (#а):

В табл. 5.3 приведены без учета подтравливания значения минимальной ширины полоскового проводника и зазора в зависимости от высоты микронеровностей на поверхности диэлектрика.

5.1. Поперечное сечение несимметричного (а) и симметричного (б) полоскового волновода

Если температура микроминиатюрного полоскового волновода меняется в широких пределах, то При использовании материалов с высокой диэлектрической проницаемостью и низкой точкой Кюри значительно изменяются электрические характеристики. Так, изменение резонансной частоты четвертьволнового полоскового резонатора

Если термические коэффициенты линейного расширения материала проводника и диэлектрика резко различаются, то с изменением температуры возможно разрушение полоскового волновода.

. При выборе диэлектрика следует предусмотреть его устойчивость к воздействию растворов, применяемых для изготовления полоскового волновода.

При решении вопроса о серийном выпуске устройств СВЧ на основе полосковых волноводов необходимо учитывать влияние на электрические параметры погрешностей, обусловленных технологическим процессом их изготовления: геометрии полоскового волновода (погрешности размера полоскового проводника, формы его поперечного сечения, толщины диэлектрика); микрогеометрии (шероховатость токонесущей поверхности), а также погрешности удельного сопротивления металла проводников. Степень влияния этих погрешностей будет рассмотрена далее.

ности, без изменения линейных размеров проводников полоскового волновода, можно рассматривать как результирующее увеличение поверхностного сопротивления при абсолютно гладких токонесущих поверхностях. Значение поверхностного сопротивления токонесущих поверхностей возрастает в k раз.

Следовательно, технологический процесс влияет на величину потерь в проводниках полоскового волновода, а значит, и на величину затухания.

где ZQ — характеристическое сопротивление полоскового волновода; Rs\= (nf\iipi)1 !t и /?52= (я/^рз)1^—поверхностное сопротивление в омах на квадрат для полоскового проводника и заземленных пластин соответственно; Ji(x) и /2(я)—распределение плотности поверхностного тока; / — величина общего тока, проходящего через проводник. Величины ць Ц2, pi, P2 характеризуют магнитную проницаемость и удельное сопротивление материала проводника и заземленных пластин, f — рабочая частота. Множитель N зависит от типа полоскового волновода. Для симметричного полоскового волновода N=1, для несимметричного N—l/2. Интеграл первого слагаемого берется по контуру проводника, второго — по поверхности заземленной пластины.

Для несимметричного полоскового волновода ( 6.2) равномерное уменьшение размеров проводников выразится так:

6.2. Поперечное сечение несимметричного полоскового волновода

6.3. Поперечное сеченне симметричного полоскового волновода