2.1.1.2 Щелевая и связанные линии передачи

Обеспечить более высокое волновое сопротивление позволяет щелевая линия (рисунок 2.4). Волновое сопротивление такой линии зависит от ширины щели и определяется соотношениями (2.3, 2.4) [3, 24]:

Рисунок 2.4 - Щелевая линия

(2.3)

(2.4)

Предварительные расчеты показали, что щелевые линии с высоким волновым сопротивлением вполне реализуемы на диэлектрических подложках из жидкокристаллических полимеров.

При создании ряда СВЧ устройств, таких, как фильтры, направленные ответвители, линии задержки, элементы согласования и т.д. широкое применение находят связанные полосковые и микрополосковые линии (рисунок 2.5 а и б соответственно). Свойства таких линий определяются значениями собственных и взаимных емкостей и индуктивностей.

а	б
Рисунок 2.5 - Связанные полосковые (а) и микрополосковые (б) линии

Расчеты, проведенные на основе выражений (2.5), показали, что связанные линии также могут быть реализованы при использовании жидкокристаллических полимеров.

, (2.5)

Где

, , ,

.

2.1.1.3 Компланарные линии передачи

Наряду с рассмотренными выше линиями передачи, в технике СВЧ находят применение и компланарные линии передачи, использование которых в ряде случаев позволяет повысить гибкость конструирования и упростить реализацию некоторых устройств. На рисунке 2.6 а и б соответственно изображен компланарный волновод и компланарная полосковая линия.

а	б
Рисунок 2.6 - компланарный волновод (а) и компланарная полосковая линия (б)

Волновые сопротивления компланарного волновода и полосковой линии описываются выражениями (2.6) и (2.7) соответственно [3, 24].

, (2.6)

. (2.7)

Здесь К – полный эллиптический интеграл первого рода, а К^/ – дополнительная функция, определяемая уравнением: ,

,

.

Для получения более простого соотношения, позволяющего определить волновое сопротивление рассматриваемых линий при расчетах часто используют следующую аппроксимацию для соотношения К/ К^/:

Использование приведенных выше соотношений и известных в настоящее время электрических и конструктивных параметров жидкокристаллических полимеров, показывает возможность практической реализации компланарных линий на их основе.

2.2 СВЧ элементы

2.2.1 СВЧ элементы с распределенными параметрами

Использование отрезков рассмотренных в предыдущих разделах линий передач позволяет создавать основные элементы СВЧ устройств, такие как емкости, индуктивности и резонаторы для реализации более сложных функциональных устройств, например, фильтры, направленные ответвители, кольцевые мосты, сумматоры, и т.д.

Такие элементы СВЧ устройств могут быть как с квазисосредоточенными, так и распределенными параметрами [11, 27]. К элементам с квазисосредоточенными параметрами принято относить элементы, геометрические размеры которых не превышают 1/8 длины волны, а к элементам с распределенными параметрами – полуволновые или четвертьволновые отрезки линий передач.

При расчете и проектировании этих элементов по LCР технологии могут быть использованы результаты, полученные для хорошо известной планарной технологии. Так последовательная (незаземленная) емкость образуется зазором в линии передачи, который может быть любой формы: прямолинейным, пилообразным, в виде меандра и т.д. Один из вариантов такого конденсатора показан на рисунке 2.7 а. Параллельная же емкость выполняется в виде короткого отрезка линии с низким волновым сопротивлением (рисунок 2.7 б).

а	б
Рисунок 2.7 – Последовательная (а) и параллельная (б) емкости

Необходимо отметить, что при использовании традиционной планарной технологии не всегда оказывается практически удобным реализация ряда элементов схем, например, заземленной (последовательной индуктивности). Если последовательная индуктивность может быть достаточно просто выполнена в виде короткого отрезка линии с высоким волновым сопротивлением как это показано на рисунке 2.8 а, то необходимость введения короткозамыкателя для параллельной индуктивности (рисунок 2.8 б) является в ряде случаев затруднительным. Использование многослойных структур на основе жидкокристаллических полимеров позволяет при помощи межслойных соединений устранить этот недостаток [24, 25].

а	б
Рисунок 2.8 – Последовательная (а) и параллельная (б) индуктивности

Аналогичные преимущества многослойных структур на основе жидкокристаллических полимеров проявляются и при практической реализации таких распространенных элементов СВЧ - устройств, как резонаторы на квазисосредоточенных элементах, представляющие собой последовательные и параллельные резонансные контуры, образованные сочетанием емкостей и индуктивностей (рисунок 2.9).

а	б
Рисунок 2.9 – Последовательный (а) и параллельный (б) резонансные контуры

На более высоких частотах, когда геометрические размеры квазисосредоточенных элементов становятся сопоставимыми с длиной волны, в них начинает проявляться распределенный характер, что приводит к и возникновению побочных полос [24, 25]. Кроме того, уменьшение геометрических размеров элементов с ростом частоты ведет трудностям их физической реализации и росту в них диссипативных потерь [24, 25]. Поэтому в верхней части СВЧ - диапазона широкое применение находят распределенные элементы, обладающие большей добротностью и имеющие в данном диапазоне частот небольшие размеры.

В качестве таких элементов достаточно часто используются полуволновые или четвертьволновые резонаторы, выполненные на отрезках линий передачи. В настоящее время известно достаточно большое число подобных резонаторов [6], некоторые из которых приведены на рисунке 2.10.

а	б	в	г
Рисунок 2.10 - Полуволновые или четвертьволновые резонаторы на отрезках линий передачи