23. Основные моды siw волновода. Расчет геометрических размеров. Преимущества и недостатки siw волноводов.
Основной модой в волноводах SIW (Substrate Integrated Waveguide) является мода TE10, которая аналогична основной моде прямоугольного волновода. Она обеспечивает распространение сигнала с минимальными потерями и имеет самую низкую частоту отсечки. SIW-структуры, как правило, поддерживают только TE-моды, так как TM-моды не распространяются из-за особенностей структуры с переходными отверстиями (via).
Ключевые особенности мод SIW:
Основная мода TE10: Наиболее распространенная мода для передачи сигнала.
Высшие моды: При проектировании учитываются и могут быть использованы высшие моды (TE20, TE30 и т.д.) или моды резонаторов, например, TE101 и TE102 для фильтров.
Зависимость от геометрии: Распространение волн идентично прямоугольному волноводу, но с учетом эквивалентной ширины, определяемой шагом и диаметром металлических отверстий.
TE10 мода (или H10) — это доминирующий (основной) тип волны в прямоугольном волноводе, обладающий самой низкой частотой отсечки. В этой моде электрическое поле перпендикулярно направлению распространения, максимально в центре волновода и равно нулю у узких стенок, обеспечивая наиболее эффективную передачу сигнала.
TE-мода (Transverse Electric, поперечно-электрическая мода) — это тип электромагнитной волны в волноводе или оптическом волокне, у которой электрическое поле полностью перпендикулярно направлению распространения волны, а магнитное поле имеет компоненту вдоль этого направления.
ТМ-мода (поперечно-магнитная мода, англ. Transverse Magnetic) — это тип электромагнитной волны в волноводе или световоде, у которой магнитное поле полностью перпендикулярно направлению распространения, а электрическое поле имеет продольную составляющую.
Расчёт:
Основные выявленные недостатки ИПВ – это ширина рабочей полосы для ряда устройств, которая как правило не более 40% и проблема согласования СВЧ-переходов МПЛ-ИПВ и коаксиальный кабель-ИПВ.
Помогутка:
Преимущества SIW
Высокая технологичность и низкая стоимость: Изготавливаются с использованием стандартных процессов производства печатных плат (PCB), таких как фотолитография и сверление отверстий (VIA), что значительно дешевле производства объемных металлических волноводов.
Малые габариты и вес: За счет интеграции непосредственно в диэлектрическую подложку устройства получаются компактными и легкими по сравнению с классическими «трубами».
Низкие потери (по сравнению с микрополосковыми линиями): SIW обладают значительно меньшими радиационными потерями и лучшей добротностью, так как электромагнитное поле надежно удерживается внутри структуры металлизированными стенками и слоями.
Высокая электромагнитная совместимость (ЭМС): Полная экранировка структуры минимизирует паразитное излучение и взаимные помехи между компонентами схемы.
Высокая передаваемая мощность: В отличие от планарных линий, SIW способны выдерживать более высокие уровни мощности, что критично для передатчиков.
Недостатки SIW
Ограниченная ширина рабочей полосы: Обычно рабочая полоса частот не превышает 40%, что может быть недостаточно для широкополосных систем.
Сложность согласования: Требуются специальные переходы (СВЧ-переходы) для эффективного соединения SIW-структур с микрополосковыми линиями или коаксиальными разъемами, что вносит дополнительные потери и усложняет расчет.
Диэлектрические потери: Поскольку волновод заполнен диэлектриком подложки, суммарные потери в нем выше, чем в полых металлических волноводах (где средой является воздух).
Утечка через отверстия: Если расстояние между переходными отверстиями (VIA) выбрано неверно, часть энергии может просачиваться наружу, ухудшая характеристики устройства.