ГЛАВА 9. ПЛОСКОПАРАЛЛЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ
9.1. ОБЩИЕ СВОЙСТВА
Полосковую или плоскопараллельную линию [50, 101] можно рассматривать как результат эволюции [8] коаксиальной линии. Как показано на рис. 9.1, коаксиальная линия с круглым поперечным сечением деформируется так, чтобы сначала сечение ее внутреннего и внешнего проводников стало квадратным, а затем прямоугольным.
Рис. 9. 1. Переход к полосковой линии: а — коаксиальная линия,
; б - линия квадратного сечения,
в — линия прямоугольного сечеиия; г - плоская полосковая линия. (См. [8].)
После этого узкие стенки внешнего проводника удаляются на бесконечность и в результате получается полосковая линия передачи. Такая линия является симметричной, но если удалить одну из внешних пластин, то получится несимметричная линия. Большинство практически применяемых плоскопараллельных линий не уравновешены электрически, хотя Парк [72] рассматривал электрически уравновешенную линию с двумя параллельными полосками.
Полосковые линии могут иметь как диэлектрическое, так и воздушное заполнение. На рис. 9.2, а изображена несимметричная,
т. е. имеющая одну заземленную пластину, линия с диэлектрическим заполнением, а на рис. 9.2, б показана симметричная трехплоскостная линия, которая имеет две заземленные пластины (так называемый «диэлектрический сэндвич»). Проводники изготовляются из меди, а диэлектриком служит материал с малыми потерями, такой, как тефлон или стеклоткань, пропитанная кремнийорганической смолой.
Рис. 9. 2. Полосковые линии с диэлектрическим заполнением: а — несимметричная линия; б - симметричная линия («диэлектрический сэндвич»).
Линии с воздушным заполнением имеют меньшее затухание, обычный полосковый проводник над заземленной плоскостью дает пример конструкции несимметричной линии.
Рис. 9: 3. Полосковые линии с большим
а — с тонкими диэлектрическими опорами; б - с тонким опорным диэлектрическим листом, металлическое покрытие с одной стороны; в — с тонким опорным диэлектрическим листом, металлическое покрытие с двух сторон.
Три типа симметричных плоскопараллельных линий с воздушным заполнением показаны на рис. 9.3, из которого видно, что количество диэлектрика сводится к минимально необходимому для механического крепления внутреннего проводника. Применение в конструкции двух внутренних металлических полосок вызвано в основном тем, что в этом случае через диэлектрик проходят только поля, обусловленные краевыми эффектами, и, следовательно, потери в диэлектрике будут меньше.
Несмотря на физическую простоту таких передающих систем, строгий анализ их свойств затруднителен. В некоторых случаях
наличие диэлектрика с продольными границами приводит к появлению электрической и магнитной продольных составляющих. Поэтому решение в виде волны ТЕМ можно рассматривать лишь как приближенное и основной тип волны должен находиться путем непосредственного решения уравнений Максвелла при граничных условиях, соответствующих заданной конструкции.
Для полосковых систем можно сконструировать обычные высокочастотные элементы, встречающиеся в теории цепей, и создать аналоги большей части коаксиальных и волноводных узлов. Поскольку такие системы обладают большой широкополосностью, из них можно легко конструировать сложные схемы. Достоинствами полосковых линий являются также их относительно малые размеры, вес и возможность дешевого массового изготовления с помощью печатных схем. Однако при современном уровне развития техники полосковых линий для соединения их с другими устройствами, такими, как полупроводниковые диоды и местные гетеродины, необходимы переходные устройства; кроме того, трудоемкость изготовления некоторых узлов еще велика. В отношении ширины полосы полосковые линии должны выдерживать конкуренцию с гребневыми волноводами, но, несмотря на это, они все чаще применяются в диапазоне частот