2.7.2. СВЯЗАННЫЕ МИКРОПОЛОСКОВЫЕ ЛИНИИ

В микрополосковых направленных ответвителях ввиду планарности структуры используется, как правило, лишь боковая связь. Анализ и построение таких направленных ответвителей усложняется тем, что в микрополосковых линиях (МПЛ) фазовая скорость четной и нечетной мод различна. Задача синтеза обычно решается с помощью итерационной процедуры, основанной на многократном решении задачи анализа. Возможны два различных подхода при реализации такого алгоритма. Первый, и наиболее точный, описан в [12] применительно к петлевым направленным ответвителям и реализуется в виде сложной численной процедуры, основанной на совместном решении системы уравнений для распределения заряда в связанных линиях. По результатам расчета строится система графиков, которые весьма полезны на стадии предварительного проектирования, когда решается задача синтеза ответвителя. Второй подход развит в [13] и основан на полуэмпирических соотношениях, с которыми можно ознакомиться, обратившись к первоисточнику. Соотношения из [13] положены в основу программы и позволяют получать точность до 97%. Вычислительная процедура достаточно проста, но ограничена по точности.

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

Обратимся к рис. 2.11 с. В микрополосковой линии краевые поля составляют весьма значительную долю общего электрического поля, причем, как отмечалось в разд. 2.7, более сильная связь имеет место при нечетном возбуждении. На этом соображении и формулах полученных в [13], основан анализ связанных линий с боковой связью. Анализ опирается на раздельное рассмотрение четной и нечетной мод, причем при расчете полная емкость линии для каждой из мод представляется в виде суммы достаточно элементарно определяемых частичных емкостей [13]:

емкости плоского конденсатора, обусловленной энергией электрического поля, запасенной между нижней поверхностью полосок и заземленным экраном;

краевой емкости, связанной с полями вблизи краев полосок;

емкости, связанной с той частью полей, которые находятся над поверхностью полосок.

Каждая из этих емкостей зависит от величин Процедура синтеза состоит в общих чертах из следующих этапов:

а) выбор коэффициента связи и волнового сопротивления питающей линии;

б) расчет по формулам [13] сопротивлений для четной и нечетной мод;

в) нахождение величин уравнений где полная погонная емкость для четной и нечетной мод;

г) определение длины связанных отрезков линии. На данном этапе используются определенные полуэмпирические положения, излагаемые ниже в этом разделе.

Указанная последовательность реализована в программе Сначала по заданным значениям коэффициента связи и волнового сопротивления по формулам (2.28) находятся величины Далее, задаваясь некоторым начальным значением ширины полосок VI, по известному значению определяется величина

зазора Эти значения подставляются в выражение, описывающее Вычисленное значение сравнивается с требуемым. Если относительное расхождение превышает допустимый уровень (в программе 0,01), то меняется начальное значение снова рассчитываются величины выполняется сравнение, и так далее, пока не будет с требуемой точностью достигнуто совпадение с . В итоге находятся обе искомые величины: ширина полосок и величина зазора между ними, что позволяет определять длину волны в линии для четной и нечетной мод.

Так как структура электрических полей при четном и нечетном возбуждении различна, параметр несколько отличен для каждой из мод. Возникающее в результате этого различие в фазовых скоростях мод приводит к определенным трудностям. В частности, ухудшается такой параметр ответвителя, как направленность, равный отношению сигналов на входе ответвителя и в том плече, куда энергия поступать не должна. Чем больше величина связи, тем этот эффект проявляется сильнее. В первом приближении неравенство фазовых скоростей можно учесть, если определить эквивалентную длину волны в связанной линии как полусумму длин волн для четной и нечетной мод.

Вручную приближенный синтез можно выполнять, пользуясь графиками, построенными по результатам численного расчета с помощью программы либо, что предпочтительнее, графиками, приведенными в [12]. Достаточно иметь зависимость величин от параметра при различных значениях и заданном значении Затем рассчитываются те же зависимости, но при воздушном заполнении, что позволяет определить фазовую скорость и длину волны для каждой из мод. Действительно,

т. е.

и

где - рабочая частота.

При ориентировочных расчетах можно полагать, что длина волны в связанной линии совпадает с длиной волны в одиночной полосковой линии с той же шириной полоски. Погрешность достигает

При боковой связи в направленных ответвителях на микрополосковой линии коэффициент связи не превышает - из-за технологических трудностей, связанных с реализацией малых зазоров между полосками и открытым характером линии. Максимум связи достигается при длине области связи, равной четверти длины волны в линии.

Пример 2.12. С помощью графиков на рис. 2.12 определить величины в связанных микрополосковых линиях, если заданы толщина подложки ее относительная диэлектрическая проницаемость , коэффициент связи рабочая частота и волновое сопротивление питаюшей линии Ом.

Решение

Из соотношений (2.28) определяем величины откуда

Рис. 2.12. Графики для проектирования связанных микрополосковых линий

Проверим вьшолнение равенства

Для нахождения отношений обратимся к рис. 2.12. Наносим на вертикальную ось полученные значения Проводим прямые, параллельные горизонтальной оси, до пересечения с кривыми, соответствующими одному и тому же значению (точки Р на рис. 2.12), и опускаем перпендикуляр, проходящий через эти точки, до пересечения с горизонтальной осью (точка

Из (2.25)

следовательно,

Изготовленный по результатам расчета ответвитель может потребовать экспериментальной доводки. Изменение ширины полосок и зазора между ними меняет волновое сопротивление как для четной, так и для нечетной моды. При настройке соответственно меняется и величина коэффициента связи. Чтобы сохранить величину коэффициента связи неизменной, необходимо ширину полосок и зазор менять одновременно. Как правило, следует увеличивать и зазор, и ширину.

По мере накопления опыта настройки подобных устройств процедура подбора величины зазора и ширины полоски становится более целенаправленной.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

(см. скан)

(см. скан)