Несимметричная полосковая линия (микрополосковая линия)

Несимметричная полосковая линия (НПЛ) представляет собой двухпроводную полосковую линию. Металлическая полоска расположена на диэлектрической подложке с металлическим экраном (рис. 4.6).

Рис. 4.6. Структура поля в микрополосковой линии

Токонесущие элементы: полоска и экран выполнены из хорошо проводящего металла. Ширина металлической полоски W, толщина полоски t, толщина диэлектрической подложки d. На ширине диэлектрика должны укладываться как минимум три ширины полоски W, это необходимо для исключения влияния посторонних (других) элементов на работу полосковой линии.

При передаче энергии по НПЛ электромагнитное поле существует не только в подложке, но и в воздухе. При этом появляются продольные составляющие векторов поля, т.е. по НПЛ в общем случае энергия переносится гибридными волнами. Это подтверждается и теоретическим анализом. Однако, как показывает анализ, при и достаточно малых, по сравнению с длиной волны в линии, поперечных размерах у основной волны величина продольных составляющих векторов поля оказывается на порядок меньше величины поперечных составляющих и продольными составляющими можно пренебречь. Основной волной будет квази Т волна – это гибридная волна, у которой продольные составляющие векторов поля на порядок меньше поперечных и продольными составляющими пренебрегают (структура поля квази Т волны показана на рис. 4.6). Условие малости поперечных размеров линии обеспечивают еще и одноволновой режим для квази-Т волны. Квази Т волна распространяется в двух средах: диэлектрической подложке и воздухе (рис. 4.6) и наблюдается дисперсия постоянной распространения.

В линиях с поперечно неоднородным диэлектриком вводят понятие эффективной диэлектрической проницаемости . Эффективная диэлектрическая проницаемость характеризует перераспределение энергии в воздухе и подложке, а это перераспределение зависит от частоты, так что в общем случае зависит от частоты и наблюдается дисперсия. На относительно невысоких частотах дисперсией можно пренебречь и эффективная диэлектрическая проницаемость вычисляется по приближенной формуле

, (4.22)

где -диэлектрическая проницаемость подложки.

В частном случае воздушного заполнения =1 получаем =1 и основной будет Т волна.

Параметры квази-Т волны рассчитываются по формулам Т волны с заменой подложки на эффективную диэлектрическую проницаемость :

длина волны в линии - ; (4.23)

фазовая скорость квази Т волны - ; (4,24)

постоянная распространения - . (4.25)

Фазовая скорость зависит не только от , но и поперечных размеров линии, входящих в , а на частотах еще и от частоты.

Для волнового сопротивления полосковой линии существуют несколько расчетных формул разной степени точности. В первом приближении волновое сопротивление квази-Т волны определяется по формуле

(4.26)

Волновое сопротивление можно определить и по приближенной формуле

Ом (4.27)

или с помощью специализированных программ.

Волновое сопротивление уменьшается с ростом , с увеличением ширины и толщины полоски W и t, с уменьшением толщины диэлектрической подложки d. Меняется волновое сопротивление в широких пределах и легко регулируется шириной полоски W. Чаще всего для стыковки (согласования) требуется сопротивление . Пример: сопротивление обеспечивается на частоте при =5, геометрических размерах W=1,735 мм, d_подл=1 мм, т.е. поперечные размеры намного меньше длины волны в линии. При ширине полоски и толщине диэлектрической подложки в линии распространяются поверхностная волна и основная волна. На практике чаще используется линия с большой диэлектрической проницаемостью подложки, что приводит к уменьшению длины волны и тем самым уменьшению поперечных размеров линии. Такая конструкция называется микрополосковой линией. Высокая способствует большей концентрации поля внутри линии и уменьшает потери на излучение.

Преимущество несимметричной линии обусловлено хорошей интеграцией с активными и пассивными элементами, устанавливаемыми на СВЧ платы, выполненные по полосковой технологии.