Глава 6

ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПОГРЕШНОСТЕЙ НА ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ -ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОЛОСКОВЫХ ВОЛНОВОДОВ

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.

§ 6.1. Влияние технологических погрешностей на величину потерь в полосковом волноводе

В полосковом волноводе существуют в общем случае два вида потерь: а) в проводниках; б) в диэлектриче­ской среде, заполняющей волновод. Результирующее за­тухание рассматривается как сумма затуханий, вызван­ных потерями в проводниках и в диэлектрике. При этом фактическое значение затухания существенно превышает расчетное. Причина несовпадения в том, что при рас­чете не учитываются технологические погрешности при изготовлении полосковых волноводов, ведущие к росту .затухания.

К таким погрешностям относятся: шероховатость то­конесущих поверхностей полосковых проводников; отли­чие сопротивлений металла проводников и «массивного» металла, на которые обычно ведется расчет затухания; многослойность полосковых проводников, состоящих из слоев металлов с разной проводимостью.

Технологический процесс изготовления плат полоско­вых волноводов заключается в металлизации одной по­верхности платы и получении на другой рисунка по­лосковых проводников.

При получении волноводов на органическом диэлек­трике с использованием электрохимической металлиза­ции для увеличения адгезии на поверхности диэлектри­ка создаются микронеровности. Тот же метод использу­ется при создании полосковых схем на СВЧ керамике, не содержащей стеклофазы, при металлизации с исполь­зованием вжигания.

Наносимые в. вакууме металлические пленки сцеп­ляются с диэлектриком за счет химических связей окис­ла, который образуется между проводником и подлож­кой в тонком слое металла с относительно высоким удельным сопротивлением, например хрома, титана или тантала, а химические связи образуются на очень глад­кой поверхности подложки. На высокоомный промежу­точный слой наносится металл, образующий собственно проводник.

Таким образом, шероховатость токонесущей поверх­ности и многослойность полосковых проводников обус­ловлены требованиями процесса изготовления полоско­вых волноводов. Структура металла, зернистость, порис­тость, величина внутренних напряжений и, следователь­но, удельное сопротивление зависят также и от способа и режимов металлизации.

Для количественной оценки степени влияния микро- неровностетей поверхности на величину затухания мож­но использовать коэффициент потерь филя к длине идеально гладкой токонесущей поверхно­сти) .

Коэффициент потерь показывает, во сколько раз уве­личивается эффективная поверхность шероховатого про­водника по сравнению с абсолютно гладким проводни­ком, учитывает чистоту токонесущей поверхности и рабочую длину волны. Увеличение эффективной поверхности, 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.

Вещественная часть поверхностного сопротивления двухслойной токонесущей поверхности (рис. 6.1) опре­деляется выражением