3. Неоднородности в Е-плоскости.

Выше неоднократно подчеркивалось, что щелевые направляющие структуры типа СЩЛ и НЩЛ представляют фундаментальную основу создания БЭ ОИС СВЧ. Для неоднородностей этого класса характерно, что они располагаются в Е-плоскости, т. е. в плоскости, перпендикулярной вектору и являются в значительной степени порождением ОИС принципа конструирования СВЧ модулей РЭА. Естественно, что структуры изучены гораздо менее подробно, чем рассмотренные в п. 2. Наиболее полно, по-видимому, исследован скачок ширины СЩЛ [189, 190]. Классификация неоднородностей на СЩЛ (а также в копланарной линии (см. п. 2.2.4)) проведена в [191]. Ниже на основе модифицированного метода Олинера с использованием прототипов из [174] в квазистатическом приближении представлены эквивалентные схемы ряда типичных неоднородностей на СЩЛ.

Закороченный и разомкнутый отрезки СЩЛ. Неоднородности такого вида довольно часто встречаются в фильтрах, направленных ответвителях и других БЭ. Рассмотрим закороченный отрезок СЩЛ (рис. 2.9);

Рис. 2.9. Закороченный копец симметричной щелевой лнпни (а); эквивалентная схема (б).

его эквивалентная схема состоит из индуктивной проводимости и активной проводимости значения которых приближенно определяются, согласно [174], так:

где размер определяемый из (2.1.6).

Разомкнутый конец лпннн пмеет емкостной характер (рис. 2.10), значение реактивной проводимости которого приближенно определяется так:

где а излучение с открытого конца СЩЛ равно

Результаты экспериментальных исследований показывают, что на излучение волны с разомкнутого конца во внешнее пространство и возбуждение им поверхностных волн сильное влияние оказывает форма экрана за пределами СЩЛ.

Рис. 2.10. Обрыв СЩЛ на край полубесконечного металла (а) и на край вырезанного диска в металле (б); эквивалентная схема (в)

Для подавления излучения СЩЛ заканчивают разомкнутым кругом, вырезанным в слое металла (рис. 2.10,б). Радиус выбирают из условия, чтобы круг не имел индуктивного характера и излучение было минимально возможным. При схема рис. 2.10,б переходит в схему рис. 2.10, а.

Перемычка в СЩЛ, перпендикулярная краям щели. Наиболее часто этот тип неоднородности встречается при реализации полосовых фильтров (торцевая связь полуволновых резонаторов через веремычку [192]), шлейфпых направленных ответвлений и пр. (рис. 2.11, а).

Рис. 2.11. Перемычка в СЩЛ (а) и эквивалентная схема (б); смещение осей СЩЛ в металле (в)

Эквивалентная схема перемычки в СЩЛ показанана рис. 2.11, б. В данном случае перемычка замыкает края зазоров щели, имеющих преобладание индуктивной проводимости. Индуктивная и емкостная проводимости рассчитываются следующим образом [174]:

где

- ширина ПВ, определяемая из уюавнения (2.1.6),

Рис. 2.12. Скачок ширины щели в СЩЛ (а); эквивалентная схема (б)

Более точные результаты по расчету электрических характеристик перемычки в зависимости от ее ширины I и смещения осей входной и выходной линий (рис. 2.11, в) приведены в [192].

Скачок ширины СЩЛ. Симметричный скачок ширины СЩЛ реализуется при формировании фильтров нижних частот, устройств согласования и пр. Из анализа топологии скачка (рис. 2.12, а)

видно, что он осуществляет трансформацию волновых проводимостей (идеальный трансформатор а в его реактивных компонентах преобладает емкостный характер проводимость В с равна [174]

Формулы (20), (21) являются приближенными. Более точный расчет этой неоднородности проведен в [190]. При этом рассматривалась экранированная СЩЛ (на частотах до На рис. 2.13 представлены зависимости коэффициента трансформации

Рис. 2.13. Частотная зависимость эффициента трансформации (1) и проводимости (2) при постоянной геометрии скачка ширины щели СЩЛ: сплошная кривая — открытая; штриховая — экранированная и емкостной проводимости от геометрии скачка зазора. Для сравнения приведены случаи для скачка в открытой и экранированной ЩЛ. При небольших значениях ширины СЩЛ влияние экрана практически не сказывается.

При расчете двойного скачка ширины щели в СЩЛ необходимо учитывать индуктивную проводимость, образующуюся на ее длине (рис. 2.14, а). Частотные характеристики проводимостей в зависимо» от геометрии скачка приведены на рис. 2.14, б. Очевидно, что, выбирая продольный размер расширенного участка щели кратным четверти длины волны, мы получим резонансный элемент. На такой неоднородности можно построить фильтры нижних частот и другие БЭ ОИС.

Поворот СЩЛ на произвольный угол. Симметричное соединение (под произвольным углом) двух одинаковых СЩЛ показано на рис. 2.15, а, а его эквивалентная схема — на рис. 2.15, б. Параметры

эквивалентной схемы суть

где логарифмическая производная от

Рис. 2.14. Двойной скачок ширины щели в СЩЛ и эквивалентная схема (а); частотная зависимость эквивалентных параметров СЩЛ (б): ;

Из (22), (23) непосредственно следует, что в этой неоднородности преобладает индуктивная проводимость, которая значительно увеличивает коэффициент отражения.

Рис. 2.15. Излом СЩЛ (а); эквивалентная схема (б) Уменьшение отражения достигается компенсацией индуктивности излома путем изменения его профиля. Минимальные значения отражения достигаются при металлизации участка в изгибе (рис. [1]).

Т-соединение СЩЛ. Рассмотрим симметричное -соединение СЩЛ (рис. Эквивалентная схема, построенная согласно [174], приведена на рис. 2.16, б. Параметры эквивалентной схемы при произвольных углах между входным и выходным

плечами равны [193]:

Рис. 2.16. Т-соединение СЩЛ (а); эквивалентная схема (б)

В случае и разложения логарифмической производной в ряд получим более простые выражения для параметров эквивалентной схемы:

где

Из этих выражений видно, что значения реактивных проводимостей одного порядка (в предыдущих случаях реактивные сопротивления имели разный порядок). Следствием этого является возможное появление резонансов различных

последовательных и параллельных цепочек. Поэтому ход кривых модулей и фаз коэффициентов отражения и прохождения в данном случае будет более сложным, чем ранее (ср. [1]).