Щілинна та копланарна лінії
Щілинна лінія (ЩЛ) (рис. 1.12) є вузькою щілиною в провідному шарі, нанесеному на поверхню тонкої діелектричної підкладки. Інша поверхня підкладки залишається вільною від покриття.
При використанні ЩЛ енергія випромінювання має бути мінімальною. Це досягається застосуванням підкладок з високим значенням е (е>10), що призводить до значного зменшення довжини хвилі Л лінії.
Втрати на випромінювання зводяться до мінімуму, а поле концентрується поблизу щілини. Застосування екрана унеможливлює втрати на випромінювання.
На рис. 1.12 показано розподіл поля у ЩЛ. Електричні силові лінії спрямовані перпендикулярно до щілини. Завдяки цьому створюється можливість зручного та простого приєднання паралельно до лінії зовнішніх зосереджених елементів (резисторів, конденсаторів, діодів та ін.). У площині симетрії лінії, що проходить через щілину перпендикулярно до підкладки, магнітні силові лінії утворюють замкнуті петлі з періодом у половину довжини хвилі. Тому в ЩЛ є області еліптичної поляризації магнітного поля, що можна використовувати під час створення невзаємних феритових пристроїв. Важливою особливістю ЩЛ є також те, що вона використовується в комбінації з мікросмужковою лінією, нанесеної з іншого боку тієї ж підкладки, при створенні об'ємних інтегральних схем і пристроїв НВЧ. При строгому електродинамічному аналізі ЩЛ може бути застосований той самий підхід, що й у випадку МПЛ, який докладно описаний у попередньому параграфі. Розрахункова модель ЩЛ (рис. 1.13) є підкладкою (область 2) з шаром металізації, обмежену екраном прямокутної форми. Наявність електричної стінки площині х=0 відповідає основному типу хвилі ЩЛ. Області / та 3 мають,як правило, повітряне наповнення.
Застосовуючи розглянуту в § 1.1 методику моделі рис. 1.13, можна отримати дисперсійне рівняння екранованої ЩЛ, подібне до співвідношення (1.18), і розрахувати хвильовий опір ЩЛ. Частотні залежності коефіцієнта уповільнення р хвильового опору Z0 для хвилі основного типу екранованої ЩЛ, отримані зазначеним методом, представлені на рис. 1.14. Як видно з малюнка, зі зростанням частоти спостерігається зниження хвильового опору та зростання коефіцієнта уповільнення хвилі в ЩЛ. Звуження щілини призводить до зменшення Z0 та підвищення р.
Практичний інтерес становлять порівняльні дані щодо характеристик ЩЛ і МПЛ при їх однаковій геометрії та достатньому видаленні екрану. На рис. 1.15 показано залежність хвильового опору обох ліній від параметра w/h. Як видно з малюнка, при однаковій геометрії ліній великі значення хвильового опору легше реалізувати у ЩЛ. Однак, як показують розрахунки, МПЛ мають більше значення р, які дисперсія виражена значно слабше, ніж в ЩЛ. Втрати одиницю довжини ліній обох типів одного порядку.
В даний час все більш широке застосування знаходять несиметричні ЩЛ, що дозволяють легко реалізувати будь-який хвильовий опір, проектувати схеми з двосторонньою топологією, а також здійснювати перехід на лінії інших типів. На рис. 1.16 наведено дисперсійні характеристики основної хвилі таперших трьох найвищих типів хвиль несиметричної МПЛ. Як видно з графіка, всі типи хвиль мають низькочастотне відсічення. При Л-0 дисперсійні характеристики хвиль всіх типів прагнуть значення Ve. Характер дисперсійних залежностей показує, що несиметричні ЩЛ можна зарахувати до ліній передачі хвилеводного типу. Смуга однохвильового режиму ЩЛ дорівнює аналогічній смузі прямокутного хвилеводу. При довжинах хвиль за точкою відсічення постійні поширення всіх типів хвиль стають уявними.
Копланарна лінія являє собою трипровідну полоскову лінію передачі, в якій електромагнітна хвиля поширюється вздовж щілин між смужковими провідниками, розташованими в одній площині. Середній провідник є токонесучим, а два крайніх — «заземленими» (рис. 1.17). Вся система провідників розташована на одношаровій діелектричній підкладці або багатошаровій підкладці з різних матеріалів.
Копланарну лінію вважатимуться різновидом ЩЛ. Як і щілинна, копланарна лінія не має нижньої частоти відсічення, і в ній використовуються підкладки з високою діелектричною проникністю, що забезпечує значне зменшення довжини хвилі в лінії і концентрацію електромагнітного поля поблизу межі розділу діелектрик - повітря.
На копланарної лінії зручно розташовувати зовнішні зосереджені елементи розробки гібридних інтегральних схем. Магнітне поле на поверхні підкладки еліптично поляризоване, що дозволяє створювати на лінії, нанесеній на феритову підкладку різні невзаємні пристрої. Заземлені пластини можна з'єднати металевою перемичкою,яка є одночасно і екраном (рис. 1.18). Внаслідок концентрації поля поблизу підкладки, такий екран не вносить спотворень, якщо він видалений не менше ніж на відстань 4b від підкладки.
Мал. 1.18. Екрановані копланарні лінії
Розрахунок екранованої копланарної лінії може бути здійснений методами часткових областей. Рівняння Гельмгольця вирішуються у сфері поперечного перерізу екранованої копланарної лінії. Граничні умови накладаються на поля у площині частково металізованої поверхні копланарної лінії. Розкладання полів на цій поверхні, що розглядається як вироджена область, виконується за системами базисних функцій, що задовольняють умовам Мейкснера на кромках смужкових провідників (наприклад, за поліномами Чебишева або за функціями Бесселя напівцілого порядку). У поздовжній площині симетрії лінії розташовується магнітна стінка, що дозволяє вирішувати завдання тільки в одній частині лінії, потім поширюючи рішення на другу її частину. Задовольняючи граничним умовам на частково металізованої поверхні лінії, можна отримати дисперсійне рівняння та дослідити спектр власних типів хвиль у лінії.
Результати розрахунку коефіцієнта уповільнення та хвильового опору копланарної лінії наведено на рис. 1.19.
Розрахунки показали, що в копланарній лінії існують два основні типи коливань (парний та непарний типи), що відрізняються розподілом електромагнітного поля. У разі коливання парного типу крайні та центральні провідники знаходяться під різними потенціалами. При непарному типі коливання крайні провідники мають один потенціал, а центральнийпровідник - інший. Розподіл електромагнітного поля у разі показано на рис. 1.18. Як видно із рис. 1.19, коливання парного та непарного типів мають різні коефіцієнти уповільнення та хвильові опори. Зі зростанням частоти спостерігається зростання р, а значення Z0 змінюється мало.