14.2. Ленточная меандровая линия

Некоторые методы построения СВЧ дисперсионных линий задержки основаны на создании высокочастотного эквивалента мостовой -образной схемы, рассмотренной в гл. 12. Ленточная меандровая линия [3] является одним из высокочастотных аналогов схем с сосредоточенными параметрами, которые были успешно использованы для получения дисперсионных характеристик задержки. Разработка меандровой линии, применяемой для сжатия импульсов, была выполнена Данном [4]. Это устройство в общих чертах показано на рис. 14.1, а, где изогнутая проводящая лента находится между двумя боковыми плоскостями. Для крепления ленты в рабочем положении используется диэлектрик. Основные физические размеры устройства показаны на рис. Длина линии велика по отношению к промежутку и основной модой является суперпозиция волн которые распространяются в направлениях Требование, чтобы суперпозиция этих волн удовлетворяла граничным условиям при приводит к следующему

соотношению для фазового сдвига между соседними изгибами ленты в зависимости от основной частоты для волны, которая распространяется в направлении оси х:

Параметры - связаны со статической емкостью на единицу длины между различными парами проводников бесконечной дйины, которые имеют те же самые размеры поперечного сечения, как и изогнутая лента.

Рис. 14.1. (см. скан) Обозначения размеров ленточной меандровой линии.

Данн показал, что для конфигурации, приведенной на рис. 14.1, параметрами можно пренебречь, если отношение Подставляя в равенство (14.1), получаем следующее выражение для

где или равно четверти длины волны при частоте Дифференцируя соотношение (14.2) по получаем функцию групповой задержки на один изгиб:

где

Общее поведение функции (14.3) показано на рис. 14.2 для различных значений у. Равенство (14.3) для становится неопределенным и максимальное значение задержки можно получить с помощью правила Лопиталя. Максимум задержки при равен

Кривые, показанные на рис. 14.2, очень похожи на кривые, полученные в гл. 12 для схемы второго порядка из -образных мостовых звеньев. Основное различие состоит в периодичности функции задержки меандровой линии, которое отличает эту функцию от функции задержки для мостовой схемы в краевых областях.

При определении характеристик дисперсионной задержки ленточной меандровой линии важную роль играет параметр у. Малые значения у указывают, что соседние элементы изгибов ленты сильно связаны, в то время как большие значения у указывают на очень слабую связь (при отсутствии связи Рассматривая кривые на рис. 14.2, можно заметить, что для нашей задачи удобнее использовать малые значения у. Данн нашел, что можно легко получить значения у в диапазоне 1,05 у 3,0, при которых параметрами можно пренебречь. Для устройств с плоским проводником зависимость у от отношения размеров приведена на рис. 14.3. Нормализованные функции временнбй задержки для различных значений у показаны на рис. 14.4. Их можно сравнить с функциями задержки для -образного моста, которые получены в работе О Мира и показаны на рис. 12.4.

Рассмотренные выше аналогии и взаимосвязи между различными методами построения линий задержки были использованы Данном для получения нескольких аппроксимаций линейных функций задержки как с положительным, так и отрицательным наклоном характеристик.

(кликните для просмотра скана)

На рис. 14.5 приведен типичный пример характеристик такого широкополосного устройства. Кривая задержки с отрицательным наклоном нормализована по отношению к нижней частоте используемой полосы Если наклон функции задержки отрицателен, то периодичность основной характеристики задержки меандровой линии ограничивает область используемых частот, так что допустимые значения отношения наивысшей частоты к наинизшей могут быть от 2 до 1.

Рис. 14.4. (см. скан) Зависимость задержки на один изгиб в меандровой линии от частоты.

Значения нормализованных частот и коэффициента у приведены на рис. 14.5. Для каждого нужного нам значения отношения полос должны быть разработаны различные устройства, хотя любое конкретное устройство может быть использовано и в случае более узкой полосы чем та, на которую оно рассчитано. Такой подход позволяет избежать сравнительно больших ошибок задержки, которые обычно имеют место на краях полосы. Данн описал построение фильтра с коэффициентом сжатия обладающего характеристиками, приведенными на рис. 14.5. Для определения необходимой полосы частот нормализованные частоты могут быть денормализованы. Это позволяет определять величину реальной

дисперсионной задержки на секцию, исходя из которой можно подсчитать общее число необходимых секций. Дополнительные подробности конструкции можно найти в работе Данна [4].

Меандровая линия не является точным аналогом фазосдв и тающей -образной мостовой схемы с сосредоточенными параметрами. Мнимый импеданс меандровой линии зависит от отношения размеров и от диэлектрических свойств используемых материалов.

Рис. 14.5. Аппроксимация характеристики с отрицательным наклоном в полосе от 2 до 1 для четырех секций линии задержки.

Следовательно, может иметь место рассогласование между секциями и между первой и последней секциями и импеданеами нагрузок на входе и выходе. Количественной теоретической оценки влияния этих факторов на функционирование меандровой линии получено не было. Однако были достигнуты удовлетворительные экспериментальные результаты. Это конкретное устройство предназначалось для применения в приемнике с быстрым сканированием или анализаторе спектра. Сжатие импульсов в устройствах такого типа рассмотрено в работе Кинхелоэ [5].