Связанные микрополосковые линии

При изготовлении многих компонентов с использованием микрополосковых линий используют электромагнитную связь между параллельными проводниками. Эта связь распределена по всей длине проводников. Связанные линии (рис.8а) широко используются в схемах фильтров, направленных ответвителей, элементов связи и т.д. В таких линиях могут распространяться два вида колебаний. При четном типе возбуждения поле в обеих линиях распространяется синфазно, а при нечетном - противофазно. Свойства связанных линий определяются значениями собственных и взаимных индуктивностей и емкостей. При квази-Т приближении собственная индуктивность с помощью несложных соотношений может быть выражена через собственную емкость. Кроме того, для большинства устройств на связанных линиях взаимные индуктивности и емкости также оказываются взаимосвязанными. Таким образом, для связанных микрополосковых линий в большинстве случаев достаточно определить только емкостные параметры. Причем число и значения этих параметров будут отличаться при четном и нечетном возбуждении (см. рис.8 б,в). Очевидно, что связь между линиями определяется в основном нечетным типом колебаний (при четном типе возбуждения поля в плоскости симметрии компенсируют друг друга, то есть образуется так называемая магнитная стенка, изображенная на рис.8б пунктиром). Благодаря свойству симметрии (или антисимметрии) поля значительно упрощается сложный анализ взаимодействующих линий, так как можно рассматривать каждую из линий отдельно при условиях четного и нечетного возбуждения. Суммарные емкости, приходящиеся на единицу длины, при четном и нечетном возбуждении можно записать в виде:

- при четном виде возбуждения,

- при нечетном виде возбуждения,

где .

,,и- различные краевые емкости.

,,

где .

Емкость - составляющая, определяемая краевым полем в щели в свободном пространстве при нечетном возбуждении. Она может быть найдена из следующих соотношений:

;;, где отношениеопределяется из соотношения (1).

Емкость , которая определяется краевым полем в щели внутри диэлектрика, может быть найдена по формуле:

.

Волновое сопротивление и эффективная диэлектрическая постоянная определяются по формулам:

,

.

Индекс i заменяет индексы eилиoдля четного и нечетного видов возбуждения соответственно, а- значение емкости в том случае, когда диэлектриком является воздух.

Направленные ответвители

Направленный ответвитель (НО) является восьмиполюсным устройством, осуществляющим направленное ответвление энергии. В устройстве различают первичную (основную) и вторичную (вспомогательную) линии. При возбуждении одного из плеч первичной линии часть мощности передается в другое плечо этой линии, а часть – в одно из плеч вторичной линии. При этом в идеальном случае в одно из плеч вторичной линии мощность вообще не передается, и оно оказывается развязанным относительно возбуждаемого плеча первичной линии. Конечно, разделение линий на первичную и вторичную условно, так как их можно поменять местами и возбуждать одно из плеч вторичной линии.

Гибридным соединением (или трехдецибельным направленным ответвителем) называют такой НО, который осуществляет равное деление мощности между связанными плечами. В идеальном случае НО представляет собой чисто реактивный (не имеющий потерь) взаимный восьмиполюсник, который может быть описан матрицей рассеяния следующего вида:

Характеристики НО могут быть найдены через элементы матрицы рассеяния. Обычно анализируются следующие характеристики:

Рабочее затухание(дБ) определяется отношением мощностей на входе и выходе первичной линии

.

Переходное ослаблениеопределяется отношением мощностей на входе первичной линии и на связанном с ним выходе вторичной линии

.

Развязкаопределяется отношением мощностей на входе первичной линии и на развязанном выходе вторичной линии

.

Направленность НО

.

Коэффициент стоячей волны в i-м плече

.

Вматрице рассеяния идеального НО равны нулю элементы,,,(условия идеального согласования), а также элементы,,,(условия идеальной развязки). В реальных устройствах, которые работают в конечной полосе частот, эти соотношения строго не выполняются. Рассмотрим один из типов НО – шлейфный НО (рис.9). Он представляет собой два отрезка лини передач, соединенных между собой двумя или более шлейфами, длина которых равна четверти длины волны в линии. Шлейфы включаются в линию также на расстоянии. При возрастании числа шлейфов расширяется полоса рабочих частот, однако при числе шлейфов больше трех волновые сопротивления крайних шлейфов становятся слишком большими. Поэтому на практике редко используют НО с числом шлейфов больше трех. Легко рассчитать, что при идеальном согласовании матрица рассеяния двухшлейфного НО имеет вид:

.