9.5. ЦЕПИ И СИСТЕМЫ

9.5.1. Техника измерений

Техника, используемая для определения входных и выходных характеристик узлов плоскопараллельных линий, таких, как импеданс или затухание, часто аналогична технике, используемой для обычных линий передачи. Для симметричных полосковых линий с воздушным промежутком применяются приборы типа измерительной линии; например, Уайлд [87] заменил часть одной заземленной плоскости пластиной, имевшей сужающуюся к краям щель, сквозь которую вводился подвижный зонд; диапазон частот составлял В другом случае Кон [24] вводил зонд между пластинами с целью получать большую точность при заданном допуске на шероховатость и точность установки полоскового проводника. Полагалось, что на частотах 1—5 Ггц измерение импеданса производилось с точностью до 1 %. Для всех установок необходимы меры предосторожности, чтобы избежать просачивания ВЧ энергии и возбуждения колебаний паразитных видов.

Создание измерительных линий на несимметричных полосковых линиях с твердым диэлектриком представляет трудности, и поэтому более предпочтительно использовать метод Дешана [29] и проводить измерения через переходное устройство с помощью коаксиальных или волноводных приборов [64]. В несимметричной полосковой линии с твердым диэлектриком короткозамыкающая нагрузка последовательно смещается на расстояние Соответствующие коэффициенты отражения будут располагаться в комплексной плоскости на окружности. Хорды, соединяющие противоположные точки, пересекаются в точке, положение которой просто связано с коэффициентами отражения и передачи переходного устройства. Из такой круговой диаграммы можно найти длину волны в линии и, проделав измерения для двух линий различной длины, определить затухание. Прокалиброванное переходное устройство можно использовать для измерения параметров исследуемых узлов на полосковых линиях.

9.5.2. Схемные устройства

Полупроводниковые диоды обычно монтируют в коаксиальной линии или в волноводе, и, следовательно, для детекторов и смесителей в схемах с полосковыми линиями должны существовать переходные устройства.

Карлсон [19] использовал в несимметричной полосковой линии с твердым диэлектриком одноплечий смеситель, связанный через направленный ответвитель с лампой обратной волны, служившей местным гетеродином; это позволило получить постоянную чувствительность устройства в полосе частот

В балансном смесителе Дьюкса [33] используется гибридное кольцо с фазоинвертором и диоды с противоположной полярностью

типов ; при этом в диапазоне входной КСВН получается порядка 2,0, а развязка составит около 20 дб.

Ардити [3] поместил между проводниками несимметричной полосковой линии с твердым диэлектриком плоский газонаполненный диод толщиной приблизительно и длиной Применялись лампы как с подогревным, так и с холодным катодом, содержащие неон под давлением около При изменении постоянного тока разряда от нуля до на частоте затухания получались в пределах от 5 до 30 дб. Установка оказалась пригодной для использования в качестве широкополосного шумового источника, причем на частотах 2, 4, 6 и 10 Ггц значения эффективного коэффициента шума соответственно равнялись 24, 18, 15 и 13 дб. При возрастании разрядного тока от нуля эффективная шумовая температура увеличивалась и достигла максимума при токе около

Описанные ранее в гл. 8 ферритовые устройства, будучи сконструированы на полосковых системах, становятся широкополосными. Распространение волн в несимметричной полосковой линии, заполненной ферритом, было изучено как теоретически, так и экспериментально [17]. На несимметричной полосковой линии был сделан переменный аттенюатор; для этого между полосковым проводником линии и заземленной плоскостью помещалась [3, 4] ферритовая пластина. При изменении магнитного поля затухание могло меняться от нуля до 12 дб; при работе этого устройства в качестве фазовращателя дополнительный фазовый сдвиг доходил до 150°. Уайлдом [87] был сконструирован ферритовый фазовращатель на основе линии типа «диэлектрического сэндвича». Длинный ферритовый стержень вначале покрывался пенополистиролом и затем тонкой оболочкой из твердого диэлектрика. Все это помещалось внутрь металлического цилиндра, диаметр которого допускал возбуждение лишь волны вида Две наружные поверхности полосковой линии замыкались металлическим цилиндром накоротко, а центральная полоска была свернута в виде спирали внутри диэлектрической оболочки. При такой конструкции фазовый сдвиг получался за счет влияния продольного магнитного поля.

Другой фазовращатель [55], работающий в диапазоне состоял из сложной полосковой структуры длиной приблизительно и с поперечным сечением менее Напряженность продольного магнитного поля берется выше резонансного значения и при величине около можно получить фазовый сдвиг на 360° при потерях 1 дб; это устройство может работать при уровнях импульсной мощности до Помимо этого фазовращателя были сконструированы отражающие ферритовые переключатели

Ферритовый образец может располагаться между двумя связанными полосковыми линиями. Если высокочастотные магнитные

поля будут сдвинуты между собой на 90°, то в краевой области получится волна с круговой поляризацией. При наличии продольного магнитного поля система будет обладать невзаимными свойствами [107]. На основе этого были разработаны развязки как для симметричной [38], так и для несимметричной [60] полосковых линий.

Анализ [39] полосковых линий, частично заполненных ферритом, показал, что высокочастотное магнитное поле имеет как на поверхности, так и внутри диэлектрика эллиптическую поляризацию. При некоторых значениях диэлектрической проницаемости и нагрузки можно получить на поверхности диэлектрика в широкой полосе частот поле, имеющее почти чисто круговую поляризацию. В диапазоне частот ферритовая развязка на полосковой линии может иметь отношение затуханий в обратном и прямом направлениях более 20. При несимметричном положении феррита в центральном проводнике симметричной полосковой линии хорошие развязывающие характеристики получаются [103] на низких частотах вплоть до В разд. 10.1.2 показывается, что для замедляющих структур имеются области, в которых получается почти круговая поляризация; на основе этого факта можно [115] в нагруженную полосковую линию вводить широкополосные развязки.

В результате, исследования удалось создать многоплечие ферритовые устройства. Было показано [62, 93, 96], что устройство Y-циркулятора на полосковой линии для диапазона частот получается простым, легким и компактным. В одном варианте [28] диск из иттриевого феррита со структурой граната располагался в центре Y-соединения, причем полные размеры устройства, включая небольшой постоянный магнит, составляли В полосе частот не менее 4% развязка превосходила 20 дб, потери были менее 0,4 дб и входной КСВН был ниже 1,2. Аналогичные результаты можно получить [98] на частоте с помощью слабо намагниченных ферритов. Четырехплечий фазовый циркулятор, выполненный на симметричной полосковой линии [116], имел удовлетворительные характеристики в диапазоне частот

Сборки из узлов полосковых систем позволяют сконструировать такое оборудование, как приемо-передатчик. Один такой вариант [33] для диапазона частот занимал две трети объема такого же блока, сконструированного на обычных волноводах. Описанная Фроммом [41] аппаратура для той же полосы частот содержит два клистронных местных гетеродина, балансные смесители для сигнала и для гибридное кольцо, направленный ответвитель, резонатор из полосковой линии с большим и несколько постоянных и переменных аттенюаторов. Основная полосковая аппаратура занимала объем см и, за исключением резонатора, была смонтирована в одном блоке.