2.2.2 Свч элементы с сосредоточенными параметрами

Несмотря на то, что устройства, выполненные на элементах с распределенными параметрами, характеризуются более высоким частотным диапазоном, имеют лучшую добротность и т.д., им присущ и ряд существенных недостатков, которые ограничивают возможности практического применения. Основными из указанных выше недостатков являются: наличие побочных резонансов на высших гармониках и значительные габаритные размеры в области сравнительно низких частот.

При этом необходимо отметить, что диэлектрическая проницаемость материалов из жидкокристаллических полимеров оказывается небольшой, то ведет к увеличению габаритных размеров таких устройств, работающих в нижней части СВЧ диапазона.

Поэтому при реализации радиоэлектронных устройств, работающих в низкочастотной части СВЧ диапазона, к которым предъявляются жесткие требования по массогабаритным показателям, подавлению побочных колебаний в широком спектре частот, пассивные компоненты с сосредоточенными параметрами зачастую могут оказаться более предпочтительным, а в ряде случаев и единственно возможным выбором.

В связи с этим является целесообразным рассмотреть возможности реализации сосредоточенных элементов, выполненных на основе жидкокристаллических полимеров, предназначенных для использования в диапазоне сравнительно низких частот.

К сосредоточенным элементам принято относить такие, электрическая длина которых много меньше длины волны. К числу наиболее распространенных радиоэлементов относятся конденсаторы, катушки индуктивности. Поскольку технология жидкокристаллических полимеров позволяет создавать трехмерные интегральные структуры [35, 36], то интегральные элементы с сосредоточенными параметрами могут быть выполнены как по хорошо известным традиционным двухмерным топологиям [20], так и на основе трехмерных. Реализация этих элементов в виде многослойных структур позволяет не только существенно сократить занимаемую площадь, но обеспечить большие значения емкостей и индуктивностей. Некоторые из возможных реализаций таких элементов приведены на рисунках 2.11 и 2.12.

а	б	в	г
Рисунок 2.11 – Топология двухмерных (а) и трехмерных (б, в, г) индуктивностей

а	б	в
Рисунок 2.12 - Топология двухмерных (а) и трехмерных (б, в) емкостей

При этом следует отметь, что на практике находят применения как катушки индуктивности, выполненные по планарной технологии, так и по трехмерной. Планарные индуктивности являются наиболее простыми с точки зрения их практической реализации и могут быть выполнены различными способами: в виде петлевых, спиральных, меандровых и др. Однако индуктивности таких катушек, как правило, невелики, а занимаемая ими площадь на платах – достаточно большой. Поэтому при проектировании многослойных высокоплотных керамических плат наиболее предпочтительными являются трехмерные индуктивности.

Трехмерные индуктивности можно разделить по способу реализации на стековые и соленоидные. Стековые катушки являются комбинацией планарных катушек, расположенных в разных слоях и соединенных между собой (рисунок 2.11 в) [11, 27]. Магнитная связь, возникающая между витками, позволяет увеличить индуктивность и добротность катушки.

Соленоидная индуктивность, представляющая собой пространственную спираль (рисунок 2.11 г), позволяет обеспечить наибольшую величину индуктивности [11, 27, 42]. Однако, трудности, возникающие при ее практической реализации, ограничивают ее использование.

Что касается конденсаторов, то наиболее широкое применение нашли многослойные конденсаторы, характеризующиеся высокими параметрами. Такие конденсаторы представляют собой параллельное соединение плоскопараллельных или встречно-штыревых конденсаторов, расположенных в разных слоях (рисунки 2.12 б и в) [11, 27, 42]. В этом случае в качестве диэлектрика используется непосредственно сам жидкокристаллический полимер, обладающий низким тангенсом диэлектрических потерь.

Встречно-штыревые конденсаторы (рисунок 2.12 а) находят же весьма ограниченное применение из-за небольшой емкости, которую позволяют обеспечить подобные конденсаторы и их низкой добротности.