Главная Бухгалтерия в кармане Учет расходов Экономия на кадровиках Налог на прибыль Как увеличить активы Основные средства
Главная ->  Микрополосковые антенны 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 [ 12 ] 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

г = II 7 (у) (у')dSdS. (2.38 г)

Представление функции Грина в виде разложения по волнам типов LE и LM позволяет записать компоненту функции Грина Гуу в виде двух слагаемых

Г Г* 4- Г'

22, уу - 22. уу 22, уу

Первое слагаемое связано с поверхностными волнами, второе -с пространственными.

Функция распределения тока в апертуре волновода, соответствующего основному типу волны ({/)=б(г-0)d, приводит к конкретной записи проводнмостей по поверхностным и пространственным волнам. Для активных частей этих проводнмостей получены следующие выражения:

1. V fo ko(Alf

sm(0,5fto /e;-(a;)2

, СОЗ^Ф^Ф,

sin {Q,bwkfs\n e sin o)

(2.39)

/---r-ll

27Г2 ,

(1 -sin2esin4) +

O.StwoSin e Sin 9

sin 6 coso 1 - sin2 6 cos2, (S, sin e cos 9)2

(sin 6 COS 9 sin lkdf + (i, coskdf (el cos 6)2

sin (ikod) +

sin ес?бАГ9,(2.40)

(e, sin e cos 9 cos 10)2 -f (, sin ?,Aod)2 J .

где fi =V - 1 -Ь (sin e cos (p)a.

Заметим, что в (2 39) определена проводимость Cs, обусловленная лишь поверхностной волной низшего типа LM,. При параметрах подложки, допускаю щих возбуждение поверхностных волн высших типов, в (2 39) появляется сумма, учитывающая вклад каждой волны.

Показанная на рис. 2.47 частотная зависимость проводимости открытого конца МПЛ достаточно хорошо совпадает с экспериментальными данными [50]

Использованное выше разложение полей LE, LM позволяет довольно просто установить соотношение между мощностями пространственных и поверхностных волн На рис. 2.47 показана зависимость коэффициента q=GrlCs. На частотах до 2-3 ГГц основное излучение происходит за счет пространственных волн так на частоте /=2 ГГц =22,3 С увеличением частоты доля мощности, изл> чаемая поверхностными волнами, заметно возрастает при /=20 ГГц, =1,83 При дальнейшем увеличении частоты возбуждается поверхностная волна LE и q резко уменьшается Это надеине д вызвано тем, что интенсивность возбуж дения волны LEi существенно выше, чем у LMi, которая существует при лю

бых толщинах подложки и значениях диэлектрической проницаемости Величина q может служить основанием для выбора эффективного средства борьбы с паразитным взаимным влиянием элементов ИС СВЧ, обусловленных излучением поверхностных и пространственных волн.



li- 5 Б В 10 f, ГГц

Рис. 2.47. Частотная зависимость реактивной проводимости открытого конца МПЛ (крестиками показаны экспериментальные значения)

-Рис. 2.46. Зависимость активной проводимости и коэффициента (? от частоты (точками обозначены экспериментальные значения G)

Помимо вопросов излучения практический интерес представляет исследова- ие краевого эффекта, который проявляется в увеличении электрической длины линии Выше было отмечено, что это происходит из за концентрации поля на открытом конце МПЛ и, как следствие, увеличения емкостной составляющей лонцевой проводимости Реактивная часть проводимости открытого конца МПЛ может быть определена на основе изложенного выше подхода, однако непосредственное интегрирование постоянного по длине апертуры магнитного тока в (2 38г) приводит к расхождению интегралов по волновым числам. Это обусловлено тем, что распределение заряда, представляющего производную от тока, имеет особенности на краях отверстия В связи с этим реактивная составляю-ацая проводимости открытого конца МПЛ вычисляется через погонную проводимость щели, которая образована проводящей полуплоскостью, лежащей иа слое диэлектрика с экраном Выражение для погонной проводимости В=1тК имеет вид

\ р - i/Ч Tf

kd J (e,£ cos + (5i sin КГ2-1



Воспользовавшись формулой Alld=ZcBw/dp, можно определить относительное удлинение линии.

На рис 2.46 приведены зависимости концевой проводимости от отношения w/d для трех значений толщины подложки. Здесь же показаны экспериментальные результаты, полученные в [33].

2.5. ИЗЛУЧЕНИЕ ЛИНЕЙНЫХ КРОМОК МИКРОПОЛОСКОВЫХ СТРУКТУР

Многие элементы ИС (трансформаторы, шлейфы, разрывы проводников и др.), а также некоторые плоские резонаторные МПА содержат прямолинейные участки (кромки) проводников, расположенных над слоем диэлектрика, который экранирован снизу проводящей плоскостью (рис. 2.48). Подобные структуры на низких частотах, а в некоторых частных случаях и на СВЧ, имеют

постоянное или близкое к постоянному распределение напряженности электрического поля вдоль отверстия S. В этих условиях кромки могут характеризоваться удельными параметрами, отнесенными к единице длины, например удельными активной и реактивной проводимостями G я В соответственно (размерность 1/Ом-м).

Излучение электромагнитной энергии микрополосковыми структурами вслед-


Рис. 2.48. Обрыв проводника микрополосковой структуры

ствие конструктивных или технологических обрывов токонесущих проводников является вредным для устройств канализации энергии и полезным в случае антенн.

Определим удельную проводимость излучения щели, изображенной на рис. 2.48:

V = ~]dx\ dzl dx \ dz[r . Ax, у=0. z; х', у' = 0, z)].

о -d - -d

Принимая во внимание интегральное представление дельта-функции

1/2и. J exp{jlx)dx = b{i-0)

и выполнив интегрирование по координате х, получим

о со

Г = (>е,/ис?2) f \ g{z, /: fi) dri dz dz.

(2.41)

где g(z, z; ц)-характеристическая часть функции Грина при разложении поля по типам волн Е, Н [см. (1.20)].

Альтернативное представление для У при разложении функции Грина Г22 по волнам типов LE, LM приводит к следующей записи; проводимости:

IT J

\d\-

тде

Yk\-{rid)-

(2.42)

Внеинтегральный член в (2.42) соответствует набору поверх-яростных волн, способных распространяться в слое диэлектрика. При малых толщинах подложки и умеренных значениях относительной диэлектрической проницаемости имеет место лишь волна .М]. Заметим, что проводимость поверхностных волн чисто ак-ивная (С^), в то время как проводимость пространственных волн омплексная (Gr, В^).

Выпишем выражения для удельных нормированных проводи-остей:

k,(A4)

(I COS 6)2

iW J 1? + {e[ COS 6 Ctg?iM)

Ke;-(rf/M)2

(k,d) jf 12 -f (elEctg ,kod) 11 V? - 1 (5~ = Kei-l.fl2).

(S; = Ke;-Sin2 6),

(2.43)

Ha рис. 2.49 приведены графики зависимости проводимостей от dfXo, рассчитанные по (2.43). В качестве параметра выбрана относительная диэлектрическая проницаемость материала подложки е[.

Характерный подъем и спад кривых и при некоторых интервалах значений е^, d/Kg связан с перераспределением элек-тромагнитной энергии между пространственными и поверхност-ными волнами.

При ej = 1 поверхностная волна исчезает и для проводимости пространственных волн



,Z7 3,0 2,0 1,0

О

1 1 1

/1 \i

=10,0

1

erroo/W

6,= 2J

/1, = 2J

/2 Г Sin (M COS 6)

COS e

sln(M) 1 d\

0,05

0,70

CIS d/Яр

Рис. 2.49. Зависимость удельных проводнмостей излучения от толщины слоя диэлектрика

(2.44J

Для малых kd из (2.44) следуют известные асимптотические выражения для проводнмостей (см. [51], с. 183):

§,;и[1-(Мда].

13,135-2 lg(M), (2.451

которые используют обычно при расчете плоских МПА приближенными методами [12, 63].

Формулы для собственных проводнмостей (2.43) могут быт1 просто модифицированы на случай взаимных проводнмостей между двумя параллельными кромками. Например, активная част1. взаимной проводимости двух щелей, разнесенных на расстояние 5

Cl2, г =

2 ycos(feo5sine)(s;cos6)2 (ву (WJ 1?+ (е; cose ctg 1Г

Соответствующие значения проводнмостей двух узких щелей н плоском экране без диэлектрика

&.2:.т[1~(А„АГ)2/24]Уо(ад

где /о(х) -функция Бесселя нулевого порядка.

Пространственное распределение поля щели характеризуетсг функцией

57 cos 5 It

Kd Kr2+(e;cosectgs,V)

/= (6)= const, ф=-л/2.

На рис. 2.50 приведены ДН полей, излученных кромкой, длг .двух значений диэлектрической проницаемости материала под-.ложки.

В связи с рассмотрением излучения обрывов токонесущих эле- ментов полосковых структур рассмотрим влияние ограниченных размеров подложки и экрана на характеристики МПА. При расчете характеристик как линейных, так и двумерных полосковы.ч антенн в качестве модели принимаются проводники, расположенные на экранированном слое диэлектрика неограниченных размеров. Ограничение размеров конструкции приводит к появлению 74

дополнительных переотражений от кромок структуры как прост-(анственных, так и поверхностных волн. Причем отражение по-ерхностных волн более опасно, во-первых, потому, что эти волны аспространяются вдоль структуры с небольшим затуханием, во-торых, появляющиеся вследствие дифракции стоячие поверх-остные волны становятся частично излучающими. Учесть теоре-ически эффекты, связанные с конечными размерами подложки и крана, весьма сложно. В [101] сделана попытка в рамках геомет-[Ической теории дифракции учесть, переотражение от кромок труктуры, параллельных излучающим торцам прямоугольной ША. На рис. 2.51 приведены экспериментальные графики зави-имости проводимости излучения МПА от расстояния до кромки. 1ри /До = 0,5 проводимость антенны практически не чувствует ;ромок. Опыт разработки и эксплуатации МПА подтверждает акже, что при смещении излучателей от краев структуры на рас-тояние /э=-(1-1,5)Яо можно пользоваться при расчете импеданс-:ых характеристик моделями бесконечных структур. Дополнитель-[ое излучение поверхностных волн приводит к заплыванию нулей Ш, дополнительного - фонового бокового и заднего излучений. 1остановка теоретических и экспериментальных работ по учету онечных размеров диэлектрических конструкций заслуживает обого внимания (см. 3.2.6; [1]).

.6. ЩЕЛЕВЫЕ МИКРОПОЛОСКОВЫЕ АНТЕННЫ

2.6.1. Разновидности щелевых антенн и методы расчета их ха-►актеристик. Класс щелевых антенн достаточно большой как по юнструктивным особенностям выполнения, так и областям при-1енения. Повышению интереса к щелевым антеннам способство-

т

0,6 0, 0,2

е\=г,з

1 diTio =01

1 <p=T(/Z

-\---

15 30 5 60 В, град

Рис. 2.50. Диаграмма направленности пространственных волн, излученных кромкой

2,5 2,0 1,5 1,0 0,5

О

ь

А

0,1 0,2 0,3 0. L/ko

Рис. 2.51. Зависимость проводимости излучения МПА от размеров экрана



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 [ 12 ] 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

© 2024 Constanta-Kazan.ru
Тел: 8(843)265-47-53, 8(843)265-47-52, Факс: 8(843)211-02-95