Воздушная полосковая линия

Воздушная полосковая линия — это разновидность плоской электрической линии передачи , в которой проводник в виде тонкой металлической полосы подвешивается между двумя плоскостями заземления . Идея состоит в том, чтобы сделать диэлектрик по существу воздушным. Механической опорой линии могут быть тонкие подложки, периодические изолированные опоры или разъемы устройств и другие электротехнические элементы.

Воздушная полосковая линия чаще всего используется на микроволновых особенно в диапазоне C. частотах , Его преимущество перед стандартными полосковыми и другими планарными технологиями заключается в том, что его воздушный диэлектрик позволяет избежать диэлектрических потерь . Многие полезные схемы могут быть построены с использованием воздушной полосковой линии, и при этой технологии легче добиться прочной связи между компонентами, чем при использовании других планарных форматов. Его изобрел Роберт М. Барретт в 1950-х годах.

Структура

Воздушная полосковая линия — это разновидность полосковой линии, используется воздух в которой в качестве диэлектрического материала между центральным проводником и плоскостями заземления . Использование воздуха в качестве диэлектрика имеет то преимущество, что позволяет избежать потерь при передаче, обычно связанных с диэлектрическими материалами . ^[1]

Существует два основных способа строительства воздушной полосовой линии. В полосковой линии с диэлектрической опорой, также называемой подвесной полосковой линией или подвесной подложкой, полосковый проводник наносится на тонкую твердую диэлектрическую подложку, иногда с обеих сторон, и соединяется вместе, образуя единый проводник. ^[2] Затем эта подложка зажимается между стенками, поддерживающими две заземляющие пластины. В этом методе полоса может быть изготовлена с помощью печатной схемы, что делает ее дешевой и дает дополнительное преимущество, заключающееся в том, что другие компоненты могут быть напечатаны на диэлектрике в ходе той же операции. Назначение твердого диэлектрика — механическая поддержка проводника. ^[3] но он сделан как можно тоньше, чтобы минимизировать его электрический эффект. Хлипкость подложки означает, что ее легко деформировать. По этой причине при проектировании необходимо учитывать вопросы термостабильности. ^[4] В высококлассных конструкциях в качестве подвешенной подложки может использоваться кристаллическая подложка, такая как нитрид бора или сапфир . ^[5]

В другом методе строительства используется более прочный металлический стержень в качестве полосы, опирающийся на периодически расположенные изоляторы. Этот метод может быть более подходящим для приложений с высокой мощностью. В таких случаях углы поперечного сечения проводника могут быть закруглены, чтобы предотвратить возникновение высокой напряженности поля и искрения в этих точках. ^[6] Изоляторы электрически нежелательны; они отвлекают от цели создания чисто воздушного диэлектрика, добавляют разрывы в линию и потенциально являются точкой, в которой может произойти слежение . В некоторых компонентах есть точки, в которых линии необходимо заземлить либо напрямую, либо через дискретный компонент. В таких цепях эти точки заземления могут выполнять функцию механических опор, что позволяет избежать необходимости в опорных изоляторах. ^[7]

Использование

Воздушная полосковая линия находит наибольшее применение на микроволновых частотах в диапазоне C ( 4–8 ГГц ). На этих частотах и ниже ^[8] он имеет преимущество компактности перед волноводом . Воздушная полосковая линия может использоваться за пределами диапазона C, но в более высоком диапазоне Ku ( 12–18 ГГц ) волновод имеет тенденцию доминировать из-за его меньших потерь. ^[9]

На микроволновых частотах пассивные схемы, такие как фильтры , делители мощности и направленные ответвители, обычно выполняются как схемы с распределенными элементами . Эти схемы могут быть построены с использованием любого формата линии передачи . Формат коаксиальной линии , обычно используемый для соединения устройств, использовался для конструкции устройств такого типа, но это не самый удобный формат для производства. Полосковая линия была разработана как лучшее решение для построения цепей, и воздушная полосковая линия также выполняет эту роль. ^[10] Воздушная полосковая линия особенно полезна в диапазоне C для создания сетей формирования луча из этих компонентов. ^[11]

Воздушная полосковая линия позволяет легче обеспечить прочное непрямое соединение этих компонентов, чем другие плоские форматы. В стандартной полосковой линии связь обычно достигается путем прокладки линий на некотором расстоянии друг от друга. Связь между краями линий таким образом относительно слабая и ограничивается наименьшим расстоянием, на котором линии могут быть расположены вместе. Этот предел определяется максимальным разрешением процесса печати и, в энергетических приложениях, напряженностью электрического поля между линиями. По этой причине в направленных ответвителях используются полосковые параллельные связанные линии с коэффициентом связи не более −10 дБ . Делители мощности с коэффициентом связи −3 дБ используют метод прямой связи. В воздушной полосковой линии используется альтернативная схема: линии расположены одна над другой. Эта связь по широкой стороне намного сильнее, чем связь по краям, поэтому линии не обязательно должны быть так близко, чтобы достичь того же коэффициента связи. В полосковой линии, поддерживаемой диэлектриком, этого можно добиться, напечатав две линии на противоположных сторонах диэлектрика. Широкосторонняя связь, конечно, может быть достигнута как в полосковой линии, заполненной твердым диэлектриком, так и с помощью технологии скрытых линий, но это требует дополнительных диэлектрических слоев и дополнительных производственных процессов. Другой метод, доступный для увеличения сцепления с воздушной полосковой линией, - это использование толстых прямоугольных полос для увеличения бокового сцепления. Это также упрощает механическую поддержку, поскольку стропы становятся более жесткими. ^[12]

История

Полосковая линия была изобретена Робертом М. Барреттом из Кембриджского исследовательского центра ВВС США в начале 1950-х годов. Воздушная полосковая линия под зарегистрированной маркой Stripline впервые была серийно произведена Лабораторией бортовых приборов (AIL) в виде подвесной полосковой линии. Однако с тех пор полосковая линия стала общим термином для структуры с любым диэлектриком. простой термин «полосковая линия» Теперь можно предположить, что означает полосковую линию с твердым диэлектриком. Вначале в качестве планарной технологии была выбрана полосковая технология, но теперь ее вытеснила микрополосковая технология для большинства применений общего назначения, особенно для изделий массового производства. ^[13]

Ссылки

^ Майхен, стр. 87–88
^ Олинер, с. 557–558
^ Рослонец, стр. 253.
^ Хан и Хван, с. 21–60
^ Бхат и Коул, с. 302
^
- Хан и Хван, с. 21–60
- Мэтью и др. , с. 172–173
^ Мэтью и др. , стр. 422–423
^ Прадхан и Барроу, 1977, например.
^ Хан и Хван, стр. 21–7, 21–50
^ Бессер и Гилмор, стр. 49-50.
^ Хан и Хван, с. 21–50
^ Бхат и Коул, стр. 212, 280–287, 302–311.
^ Олинер, стр. 557–558.

Библиография

Бхат, Бхарати; Коул, Шибан К., Полосковые линии передачи для микроволновых интегральных схем , New Age International, 1989. ISBN 8122400523 .
Прадхан, BP; Барроу, Е.А., «Волновая полосовая линия передачи для S -диапазона» , IETE Journal of Research , vol. 23, вып. 10, стр. 618–619, 1977.
Хан, CC; Хван, Ю., «Спутниковые антенны» , Ин, Ло, Ю.Т .; Ли, С.В., Справочник по антеннам: Применение тома III , глава 21, Springer, 1993 г. ISBN 0442015941 .
Майхен, Вольфганг, Цифровые измерения времени , Springer, 2006 г. ISBN 0387314199 .
Маттеи, Джордж Л; Янг, Лео; Джонс, ЕМТ, микроволновые фильтры, сети согласования импеданса и структуры связи , McGraw-Hill, 1964 г. ОСЛК 282667 .
Олинер, Артур А., «Эволюция электромагнитных волноводов: от полых металлических проводников до микроволновых интегральных схем» , глава 16, Саркар, Тапан К.; Майу, Роберт Дж; Олинер, Артур А; Салазар-Пальма, Магдалена; Сенгупта, Дипак Л., История беспроводной связи , Wiley, 2006 г. ISBN 0471783013 .
Рослонец, Станислав, Фундаментальные численные методы в электротехнике , Springer, 2008 г. ISBN 3540795197 .

[1] Майхен, стр. 87–88

[2] Олинер, с. 557–558

[3] Рослонец, стр. 253.

[4] Хан и Хван, с. 21–60

[5] Бхат и Коул, с. 302

[6] 
Хан и Хван, с. 21–60
Мэтью и др. , с. 172–173

[7] Хан и Хван, с. 21–60

[8] Мэтью и др. , с. 172–173

[7] Мэтью и др. , стр. 422–423

[8] Прадхан и Барроу, 1977, например.

[9] Хан и Хван, стр. 21–7, 21–50

[10] Бессер и Гилмор, стр. 49-50.

[11] Хан и Хван, с. 21–50

[12] Бхат и Коул, стр. 212, 280–287, 302–311.

[13] Олинер, стр. 557–558.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]