3.1. Симметричная полосковая лп

С

Рис. 3.1

имметричная полосковая линия (СПЛ) представляет собой плоский проводник, помещенный в диэлектрическую среду, ограниченную сверху и снизу тонкими плоскими металлическими поверхностями (рис. 3.1). T ‒ толщина центрального проводника (обычно порядка 0.03-0.1 мм), W ‒ширина проводника, ‒диэлектрическая проницаемость заполняющего структуру материала, H ‒ расстояние между верхним и нижним металлическими слоями.

Приближенное выражение для волнового сопротивления: . Если ширина ограничивающих металлических поверхностей много больше ширины центрального полоска W, излучение через боковые поверхности практически отсутствует и потери в линии относительно невелики. При небольших по сравнению с длиной волны поперечных размерах в линии распространяется Т (ТЕМ) волна (отсутствуют продольные составляющие полей). СПЛ применяется для создания направленных ответвителей (НО) на связанных линиях и фильтров СВЧ.

3.2. Несимметричная полосковая линия (микрополосковая)

М

Рис. 3.2

ПЛ отличается от СПЛ отсутствием верхнего металлического слоя и (обычно) диэлектрика над продольным полоском (рис. 3.2). Приближенные выражения для волнового сопротивления имеют вид: при

При . Так как структура полей над и под полоском различна, то диэлектрическая проницаемость зависит от отношения и вводится понятие эффективной диэлектрической проницаемости , от которой зависит волновое сопротивление. В МПЛ распространяется так называемая квази-Т волна, у которой вне диэлектрика существует продольная составляющая электрического поля, создающая излучение электромагнитного поля в окружающее пространство и увеличивающее потери. Однако технологические преимущества (возможность использование технологии изготовления печатных плат и планарных интегральных микросхем) сделали МПЛ наиболее применимыми для устройств СВЧ.

3.3 Копланарная линия (копланарный волновод)

П

Рис. 3.3

оперечное сечение копланарной линии (КПЛ) (рис. 3.3) состоит из диэлектрической пластины, на верхней поверхности которой по бокам расположены широкие металлические поверхности, играющие роль экрана коаксиальной линии, а между ними проходит узкий полосок. Как правило, боковые поверхности эквипотенциальны. Волновое сопротивление КПЛ равно: , . В КПЛ распространяется квази-Т волна.

3.5. Связанные линии передачи

До сих пор мы рассматривали устройства, в которых отрезки ЛП связывались через соединение выходного порта ЛП с входными портами одного или нескольких отрезков ЛП. Однако существует и другой способ связи нескольких ЛП – пространственная связь, когда ЛП связываются за счет общего электромагнитного поля в области связи. Чаще всего реализуются связанные линии передачи (СВЛП) на основе СПЛ и МПЛ с двумя центральными проводниками. В измерительных и контрольных устройствах СВЧ часто используются направленные ответвители (НО) – четырехпортовые устройства (восьмиполюсники), позволяющие получить на портах вторичной линии передачи (ЛП) образцы падающей и отраженной волн, которые распространяются по основной ЛП.

О

Рис. 3.5

бычно мощность образцов существенно меньше мощностей сигналов в основной линии. Если НО представляет собой отдельное устройство, то он выполняется на основе симметричной полосковой линии (СМПЛ), если же он является узлом какого-либо устройства, структура которого выполнена на основе несимметричной полосковой линии передачи (МПЛ), то тоже выполняется на основе МПЛ. В области, где центральные проводники подходят близко к друг другу (области связи) возможно существование двух типов полей ‒ синфазные и противофазные (четные и нечетные). Возможны 2 варианта реализации связанных линий на этой основе – линии с боковой связью (рис. 3.5: сверху изображено электрическое поле синфазных волн, снизу ‒ противофазных волн) и линии с лицевой связью, когда полоски расположены друг над другом. Так как поля электрические (и магнитные, не показанные на рисунке) имеют разную конфигурацию, волновые сопротивления структуры для четных ( ) и нечетных ( ) волн различны. Выражения для них рассмотрим ниже.