2.5. СИММЕТРИЧНАЯ ПОЛОСКОВАЯ ЛИНИЯ

Симметричная полосковая линия применяется обычно на частотах, превышающих несколько сотен мегагерц. Она используется в разнообразных устройствах совместно с коаксиальной линией или волноводом, когда в качестве активных либо пассивных элементов используются диоды Ганна или смесительные диоды, а также там, где необходимо обеспечить широкополосность либо малые габариты. Однако эта линия заметно проигрывает коаксиальной линии и волноводу по уровню взаимного

влияния между элементами цепи и уровню передаваемой мощности. Разработчик должен помнить об этих ограничениях и разумно выбирать наиболее подходящий тип линии.

Симметричная полосковая линия состоит из тонкого Металлического проводника прямоугольной формы, находящегося в однородном диэлектрике, который расположен, подобно начинке бутерброда, между двух заземленных металлических пластин (рис. 2.7). Низшей модой в такой линии является ТЕМ (поперечная электромагнитная). Как правило, симметричная полосковая линия выполняется из диэлектрических листов с односторонней либо двухсторонней метализацией медью. Толщины диэлектрических листов и центрального проводника могут быть самыми различными. Выбор конкретного диэлектрика представляет собой сложную задачу, которая может быть решена обычно лишь эксперементально - путем создания ряда одних и тех же устройств на разных подложках и последующего их сравнительного исследования. По результатам исследований делается окончательный выбор материала. Программа для ЭВМ может оказать помощь в таком исследовании.

Выражения для волнового сопротивления симметричной полосковой линии с известной геометрией выводились различными авторами. Эти формулы решают задачу анализа, т. е. по заданным размерам линии и параметрам диэлектрического заполнения находится величина волнового сопротивления. Одим из первых исследователей был Кон [4], рассмотревший методом конформных преобразований полосковые системы с очень тонким центральным проводником. В этом методе внутренность полосковой линии с прямоугольным экраном отображается на внутренность круга, что позволяет при дальнейшем исследовании использовать методику, рассмотренную в начале этой главы применительно к коаксиальной и двухпроводной линиям передачи. Если толщина центрального проводника конечна, то для получения требуемого волнового сопротивления отношение (см. рис. 2.7) необходимо уменьшить, рассчитав его по формулам из [4].

При конечной толщине полоски погрешность, не превышающую при дают формулы, полученные в [5]. Приведем их:

где

Рис. 2.7. Поперечное сечение (а) и структура поля (б) симметричной полосковой линии

Рис. 2.8. Зависимость волнового сопротивления от для симметричной полосковой линии

При обращении к ЭВМ у разработчиков обычно возникает необходимость решать задачу синтеза, когда заданы волновое сопротивление и диэлектрическая проницаемость. Необходимо определить отношение ширины полоски к расстоянию между проводниками экрана Для этой цели можно использовать итерационную процедуру, основанную на соотношениях (2.22). Задается некоторое начальное значение и вычисляется величина волнового сопротивления по (2.22 а), которая сравнивается с требуемым значением. Затем отношению дается небольшое приращение Расчет по (2.22 а) и сравнение волновых сопротивлений повторяются до тех пор, пока разница между вычисленной и требуемой величинами превышает Полученное таким образом значение волнового сопротивления и отношение выводятся на печать.

Расчет по формулам (2.22) вручную достаточно сложен, но легко реализуется на мини-ЭВМ. Соответствующая программа позволяет выполнять анализ и синтез симметричной полосковой линии, изображенной на рис. 2.7. Для ориентировочных расчетов можно воспользоваться графиком на рис. 2.8, где построена зависимость умноженного на волнового сопротивления от отношения при Эта зависимость использована в примере 2.10 и легко может быть построена при ее расчете с помощью программы

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

Пример 2.10. Необходимо определить физические размеры отрезка симметричной полосковой линии, электрическая длина которого на частоте 4 ГГц равна четверти длины волны. Волновое сопротивление линии 50 Ом. Относительная диэлектрическая проницаемость среды, заполняющей линию, равна 4. Толщину центрального проводника можно полагать бесконечно малой.

Решение

Необходимо решать задачу синтеза, т. е. определить при Ом и Обратимся к рис. 2.8. Так как то, опустив перпендикуляр из точки Р на ось, где отложены значения найдем Следовательно,

Чтобы определить длину волны в линии, найдем длину волны в свободном пространстве на рабочей частоте:

тогда длина волны в линии на той же частоте

т. е. четвертьволновый отрезок линии должен иметь физическую длину

На этом расчет завершается.