- •Общие положения теории эмп Основные законы электродинамики
- •Материальные уравнения
- •Теорема Остроградского-Гаусса
- •Принцип перестановочной двойственности
- •Лемма Лоренца
- •Глава 1. Упругие волны.
- •§ 1.1. Упругие продольные и поперечные волны.
- •§ 1.2. Характеристики бегущих волн.
- •§ 1.4. Принцип суперпозиции волн. Групповая скорость.
- •Глава 3. Электромагнитные волны.
- •Плоские электромагнитные волны
- •Поляризация волн
- •Частные случаи:
- •Граничные условия для векторов эмп
- •Падение плоских электромагнитных волн на границу раздела двух сред
- •Нормальная поляризация.
- •Угол Брюстера
- •Угол полного внутреннего отражения
- •Рассмотрим более подробно второй закон Снелля
- •Рассмотрим поле во второй среде:
- •Отражение от системы слоёв
- •Усвч (Устройства сверх – высоких частот)
- •Связь между продольными и поперечными составляющими электромагнитного поля
- •Будем полагать:
- •Прямоугольный металлический волновод
- •Структура эмп волны типа Hmn
- •Волна h10.
- •Щель эффективно излучает, если она перерезает линии поверхностного тока.
- •Круглый металлический волновод
- •Коаксиальный волновод
- •Особенности использования коаксиального волновода
- •Полосковые линии передачи
- •Замедляющие системы
- •Линия Губо
- •Диэлектрические волноводы
- •Согласование линий передачи
- •Узкополосное согласование
- •Широкополосное согласование
- •Волноводно-ферритовые элементы
- •Циркуляторы
- •Потери в линиях передачи электромагнитной энергии
- •Коаксиальный волновод:
- •Прямоугольный и цилиндрический волноводы:
- •Кпд линии
- •Возбуждение эм колебаний
- •Элементы свч трактов Волноводные тройники
- •Основные свойства волноводного тройника.
- •Элементы конструкций линий передачи свч
- •1.Неподвижные прямые соединения.
- •2. Подвижные соединения.
- •3.Вращающиеся сочленения.
- •Изгибы и скрутки линий передач свч
- •Емкость можно уменьшить, если уменьшить размер центрального проводника.
Полосковые линии передачи
Миниатюризация (интегральные схемы, в дальнейшем ИС) - одно из основных направлений развития в СВЧ технике.
Уменьшение размеров не всегда основная цель - это справедливо для некоторых специальных областей (космос, медицина и т.д.). Часто важнее увеличение надежности, снижение стоимости, улучшение характеристик.
В ИС используют несколько типов соединительных линий (полосковые линии или ПЛ), в основе которых лежат тонкие полоски металла и плоские слои диэлектрика.
Сравнение конструкций полосковых линий (а - достоинства, б - недостатки):
Симметричная волновая линия.
а) малые габариты;
б) относительно большие потери и масса.
Высокодобротная линия.
а) низкие потери, высокое волновое сопротивление;
б) требует крепления, сравнительно большие габариты.
Несимметричная полосковая линия (ε≈2..3).
а) малые габариты и масса;
б) большие потери, отсутствие экрана.
4. Микрополосковая линия (ε ≥10).
а) малые габариты и масса;
б) сравнительно большие потери, нет экрана.
(внешне как 1 или 3)
Часто в качестве подложек используют диэлектрик на основе оксида алюминия - поликор (ε = 9.6), лейкосапфир (ε = 11.4), кроме того, любые диэлектрики с низкими потерями ( ε ≈ 7…16 иногда до 10000-керамика).
Как видно из рисунков, ПЛ относится к направляющим системам открытого типа. Наличие нескольких изолированных проводников означает, что fкр=0, т.е. волна в ПЛ должна соответствовать волне Т-типа.
Строгий анализ достаточно сложный, но качественно структуру можно получить, деформируя коаксиальную линию:
Хотя полученная картина напоминает электростатическое поле в плоском конденсаторе, строгий анализ показывает, что из-за неоднородности по сечению диэлектрического заполнения ЭМП имеет все 6 составляющих, а следовательно зависит от частоты υф =F(f), т.е. дисперсия тем заметнее, чем больше . Но при условии, что a>>b; c>>b; c>>a; практически вся энергия сосредоточена внутри ПЛ и продольными составляющими можно пренебречь - такую волну называют волной - квази - Т типа.
Точно также (анализируя коаксиальную линию) можно получить картину волны первого высшего типа в ПЛ.
Как видно, на длине немного превышающей а, укладывается одна полуволна электрического поля ЭМВ, т.е. λкр≈ 2а.
Волновое сопротивление в симметричной ПЛ:
,
где К(к) - полные эллиптические интегралы первого рода, , .
Для несимметричной ПЛ:
.
Обе формулы получены в предположении, что толщина центрально проводника много меньшеb.
Как показали эксперименты, по ПЛ можно передавать мощности того же порядка, что и в коаксиальной линии.
Для увеличения электрической прочности края центрального проводника закругляют.
Волноводы П и Н формы
Эти волноводы позволяют сохранять одномодовый режим в значительно более широкой полосе частот, а если так подобрать размеры, чтобы ξ было близко к 2, то размеры таких волноводов будут значительно меньше.
Волны в этих волноводах условно называют,Н10 и Н20 т.к. при t→0 эти структуры совпадут.
Для волны Н20 , λкр у волновода Н и П формы и прямоугольного волновода практически совпадают, т.к. ребро приходится на минимум Еy и не влияет на характер поля (почти):
Наличие ребра (в П-образном волноводе) для
волны приводит к еще большей концентрации в центре. Структура в зазоре близка к волне Т-типа и при условии:
.
Причем, чем больше отношение t/b, тем больше λкр.
Реально можно использовать при fВ / fН ≤ 7–10, обычно получают fВ / fН ≤ 4.
Недостатки:
1. Уменьшение электрической прочности.
2. Увеличение потерь.
Недостатки тем значительней, чем больше t.