Волны типа тем. Полосковые линии передачи
Будем называть полосковой линией направляющую систему открытого типа, состоящую из двух или более изолированных друг от друга проводящих полос. На практике наиболее часто используются следующие линии: симметричная полосковая линия (СПЛ), несимметричная полосковая линия (НПЛ), микрополосковая линия (МПЛ), щелевая полосковая линия и некоторые другие. Как правило, полосковые линии выполняются в виде тонких металлических слоев, нанесенных на листы диэлектрика. Основной волной в полосковых линиях, как правило, является ТЕМ-волна.
Симметричная
полосковая линия СПЛ представляет собой
трехпроводную полосковую линию, состоящую
из полоски шириной
и толщиной
,
помещенной симметрично относительно
экранирующих пластин, расположенных
на расстоянии
друг от друга и имеющих ширину
(см. рисунок). Пространство между
проводниками полностью заполнено
однородным диэлектриком.
Симметричная полосковая линия
Однако
качественное представление о структуре
ТЕМ-волны в СПЛ можно получить, рассматривая
СПЛ как линию, получающуюся в результате
деформации коаксиальной линии.
Преобразование коаксиальной линии в СПЛ
Отметим,
что основные характеристики ТЕМ-волны
в СПЛ можно определять по формулам для
плоских волн в однородной изотропной
среде. Важной характеристикой линии
передачи с ТЕМ-волной является ее
волновое сопротивление
,
где
и
− комплексные амплитуды напряжения и
тока в линии, соответствующие бегущей
волне. Зная формулы для электрического
и магнитного поля в СПЛ, можно найти для
нее
.
Полосковые линии находят широкое применение в технике СВЧ: практически вся приемная аппаратура конструируется на их основе. При использовании полосковых линий удается получить весьма малые габариты и массу устройств, в первую очередь за счет повышения заполняющего диэлектрика и, как следствие, уменьшения длины волны в линии.
Несимметричная полосковая линия НПЛ представляет собой двухпроводную полосковую линию, состоящую из полоски шириной и толщиной , помещенной на расстоянии над экранирующей пластиной с шириной . Пространство между проводниками и экраном заполнено диэлектриком с относительной диэлектрической проницаемостью .
На практике наиболее широкое применение находит несколько измененная конструкция НПЛ, называемая микрополосковой линией. Она отличается от НПЛ тем, что между полоской и экранирующей пластиной помещается подложка из диэлектрика, а над полоской находится диэлектрик с другими параметрами. Если сравнить передачу энергии по НПЛ и МПЛ, то окажется, что для МПЛ уровень излучения энергии в окружающее пространство гораздо ниже, чем для НПЛ, что связано с концентрацией электромагнитного поля в диэлектрике подложки, особенно при больших значениях .
При
передаче энергии по МПЛ электромагнитное
поле существует не только в подложке,
но и в воздухе. При этом появляются
продольные составляющие векторов поля,
т.е. по МПЛ в общем случае энергия
переносится гибридными волнами (
и
).
Микрополосковая линия и распределение поля в ней
ТЕМ-волна
может распространяться на любых частотах,
для нее
.
Щелевая полосковая линия ЩПЛ − это двухпроводная полосковая линия, в которой электромагнитная волна распространяется вдоль щели между проводящими поверхностями, нанесенными на одну сторону подложки из диэлектрика. Анализ ЩПЛ показывает, что основной волной в линии является Н-волна, поскольку величина продольной составляющей напряженности электрического поля на порядок меньше величины поперечных составляющих.
По сравнению с МПЛ в ЩПЛ:
более сильно проявляется дисперсия;
значительно ниже потери, поскольку ток проводимости рассредоточен по большей поверхности, чем в МПЛ.
При конструировании гибридных интегральных схем использование ЩПЛ позволяет более просто монтировать навесные элементы, в отличие от СПЛ и МПЛ.
Щелевая полосковая линия