Достоинства и недостатки полосковых линий. Основные области использования полосковых линий

Виды и основные параметры полосковых линий

Различают два основных типа полосковых линий: симметричные и микрополосковые (несимметричные). В симметричных полосковых линиях могут распространяться электромагнитные волны класса ТЕМ, а в микрополосковых - волны типа квази-ТЕМ. Схемы конструкции несимметричной и симметричной полосковых линий изображены на рисунках ниже.

Рисунок 1. Схема. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Рисунок 2. Схема. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

А - симметричная полосковая линия; Б - микрополосковая линия.

Центральный проводник в симметричной полосковой линии располагается между диэлектрическими пластинами с металлизированными внешними поверхностями. Данный тип полосковых линий обладает маленькими потерями на излучение и хорошей экранировкой. Однако, симметричные полосковые линии сложны в изготовлении, потому что требуют обязательного и строгого соблюдения геометрической симметрии. Центральный проводник линии при собранной линии недоступен для регулировки, что делает процесс настройки схем затруднительным. В микрополосковых линиях проводящий слой выполняется на диэлектрической подложке с маленькой проницаемостью (от 1 до 3,4) В данной линии высокие потери на излучение.

К основным параметрам полосковых линий относятся: геометрические размеры, коэффициент затухания на единицу длины, толщина подложки (для микрополосковых линий), частота отсечки, эффективная диэлектрическая проницаемость, волновое сопротивление, потери.

Преимущества и недостатки полосковых линий

К преимуществам полосковых линий относятся:

• Большая полоса частот по сравнению со стандартными волноводами прямоугольных волноводов. Со стороны низких частот принципиальные ограничения отсутствуют, по линиям может быть передан даже постоянный электрический ток. Со стороны высоких частот существует некоторая граница.
• Для изготовления полосковых линий используются методы те же, что и для изготовления низкочастотных печатных схем, что позволяет изготавливать сложные устройства и схемы.
• Вес и размеры устройств, сделанных на основе полосковых линий значительно меньше, чем устройств на основе волноводов.

Недостатки полосковых линий следующие:

• Сложная техника измерений, поэтому всех необходимые измерения производятся в коаксиальных и волноводных линиях.
• Меньшая пробивная мощность относительно прямоугольного волновода.
• Высокие потери относительного прямоугольного волновода.
• Сложности конструирования на основе полосковых линий (согласованная нагрузка, перестраиваемые устройства, измерительная линия, короткозамыкающий поршень).
• Излучение мощности на разного типа неоднородности, что связано с тем, что полосковые линии представляют собой открытые системы.

Применение полосковых линий

Совершенствование технологий производства, таких как вакуумное напыление, травление металла, процессы фотолитографии, разработка диэлектрических материалов высокого качества, сделали возможным создание миниатюрных, дешевых и с хорошими характеристиками базовых элементов для микроэлектронных устройств, а также систем сверхвысокочастотного и крайне высокочастотного диапазонов на основе полосковых линий передачи. Использование полосковых линий позволяют решать задачи во время разработки интегральных и монолитных схем сверхвысокочастотного и крайне высокочастотного диапазонов: уменьшение размеров и массы, увеличение надежности, снижение затрат, а также улучшение электрических характеристик узлов. В интегральных схемах (высокочастотных диапазонов) выполненных на основе полосковых линий формируются элементы, обладающие распределенными параметрами, используемых в совокупности с элементами сосредоточенных параметров. Использование элементов с сосредоточенными параметрами является целесообразным в частотных диапазонах, где выполняется следующее неравенство:

$L ∠ (Л/10)$

где: L - самый большой геометрический размер элемента; Л - длина волны.

При росте частоты до сверхвысокочастотных и крайне высокочастотных диапазонов, длина волны уменьшается, что создает необходимость использования элементов с распределенными параметрами. На частоте более 10 гигагерц элементы с сосредоточенными параметрами имеют более высокие потери, низкую добротность (по сравнению с элементами с распределенными параметрами), а также обладают паразитными свойствами. Поэтому на высоких частотах используют их, составляющих основу интегральных схем сверхвысокочастотных и крайне высокочастотных диапазонов. На базе полосковых линий также создаются более сложные элементы и устройства, например, фильтры, направленные ответвители, резонаторы и т.п.