глава 2

АНАЛИЗ ОБОБЩЕННЫХ СТРУКТУР УСТРОЛСТВ НА МНОГОПРОВОДНЫХ СВЯЗАННЫХ ЛИНИЯХ

Функциональные возможности устройств на основе МСПЛ определяются не только схемами включения отрезков связанных линий, типом регулирующих элементов, включаемых в линии, но и теми внутренними волновыми свойствами, которые присущи многомодовым структурам. По-видимому, с точки зрения разработки принципов построения устройств не играет существенного значения, какие именно типы волн распространяются в МСПЛ. Рассматриваемые нами квази-Т волны в МСПЛ являются лишь первой, хотя и, как мы уже убедились, достаточно сложной ступенькой на пути разработки всеобъемлющего анализа и синтеза (в том числе на средствах САПР с интеллектуальными возможностями). Существенно в разрабатываемом подходе к созданию устройств МСПЛ то, что используются типы волн, имеющие различающиеся по модулю коэффициенты распространения. Квази-Т волны в этом смысле наиболее удобны, поскольку для нх практического использования не приходится преодолевать математических затруднений. Привлекательна также возможность сравнительно несложного синтеза (эвристического - в смысле поиска схем включения отрезков линий и использования волновых свойств в необходимом качестве; строгого, классического и параметрического,- когда структура устройств хотя бы в общих чертах уже известна). Перспективно, но весьма трудно использовать для создания устройств возможности, связанные с взаимодействием и перекачкой высших типов волн в МСПЛ. Однако 32

на этом пути сложности анализа пока закрывают то, что уже ясно видно при разработке устройств на основе МСПЛ с квази-Т волнами.

Один из важных этапов исследования устройств на МСПЛ - анализ обобщенных структур устройств, которые являются как бы кирпичиками для создания собственно самих функционально законченных узлов. В этой области за последние годы заметен значительный прогресс (см., например, работы [57, 58, 69, 109]). Предлагаемый в данном разделе материал содержит элементы нетрадиционного подхода к анализу устройств, но в основном базируется на хорошо известных методах анализа устройств (структур) как многополюсников.

2.1. Модели структур и метод их анализа

£1ой разнообразных устройств являются так называемые управляемые многосвязные полосковые структуры. Под словом управляемые в данном случае имеется в виду возможность управления путем соответствующего включения регулирующих элементов. Пример управляемой МСПЛ изображен на рис. 2.1. Меандровый проводник / наносится на подложку 2, полоска 3, которая называется управляющей, связана с меанд-ровым проводником /. Относительные диэлектрические проницаемости подложек 2 к 4 - соответственно ei и 62. Подложка 2 металлизирована с нижней стороны, металлизация является заземляемым основанием 5. Рисунок меандрового проводника / содержит участки, ориентированные вдоль управляющей полоски 3, и участки, ортогональные ей, поэтому полосковая структура отличается по своим свойствам от многопроводной линии, проводники которой параллельны и имеют одинаковую длину в области связи. Конструктивно и с точки зрения построения модели структура (рис. 2.1) может вырождаться в структуру, содержащую проводники с одинаковой длиной. Еще одна разновидность структуры - связанные меандровые линии, она получается выполнением в управляющей полоске поперечных прорезей, превращающих ее в меандровую линию.

Многосвязная структура (рис. 2.1) используется для построения управляемых устройств на частотах метрового и дециметрового диапазонов [19, 20]. В сантиметровом диапазоне меандровый проводник заменяется на С-секцию (рис. 2.2) [70, 71] или отрезком прямой линии (рис. 2.3) [35, 59].

Моделирование структуры, изображенной на рис. 2.1, может

3 Заказ 0376 33

Рис. 2.1. Управляемая многосвязная полосковая структура: / - меандровый проводник; 2 - подложка с диэлектрической проницаемостью 81; 5 - управляющая полоска; 4 - подложка с диэлектрической проницаемостью вг; 5,6 - экранирующее заземляемое основание корпус)

быть проведено в квази-Т приближении. Наиболее полная обобщенная модель показана на рис. 2.4. Модель представляет соединение нескольких многополюсников. Она содержит вход и выход , куда включены четыре источника напряжения El, £4. Многополюсник, описываемый матрицей ai, содержит терминальные нагрузочные сопротивления и управляющие элементы. Пример конкретного вида многополюсника Oi показан на рис. 2.5. В данном случае это восьмиполюсник, где 2i и 22 - терминальные нагрузочные сопротивления, gi, g2, gi - проводимости управляющих элементов, в качестве которых используются р-г-п-диоды, варикапы или другие полупроводниковые приборы. Многополюсник as аналогичен по структуре многополюснику а\.

Многополюсник с матрицей аг - многопроводная линия, являющаяся частью структуры, приведенной на рис. 2.1. Эта часть содержит проводники меандровой линии и управляющей полоски со связью, ориентированной только вдоль полосок меандровой линии. Фрагмент такой структуры изображен на рис. 2.6.

Управляющий многополюсник описывается матрицей Оз (рис. 2.7). Он содержит два отрезка связанных линий и проводимости управляющих элементов 4, gs, ge. Отрезки связанных линий-часть структуры (см. рис. 2.1), в которой проводник / ориентирован вдоль управляющей полоски.

Многополюсник межсоединений (рис. 2.8) включает в себя

Рнс. 2.2. Управляемая структура в виде С-секции: / - токонесущий проводник; 2,4 - диэлектрические подложки; 3 - управляющая полоска; 5 - заземляемое

основание

/С

Рис. 2.3. Управляемая структура в виде отрезков связанных линий: / - токонесущая полоска; 2,4 - диэлектрические подложки; 3 - управляющая

полоска; 5,6 - экран

два каскадно соединенных многополюсника а^и и asi2, первый из них - отрезок многопроводной линии, второй - проводимости перемычек меандровой линии.

Управляемая многосвязная и трехсвязная полосковые структуры содержат ортогонально ориентированные проводники. В настоящее время модель такой системы не построена, хотя она представляет большой интерес. Рассмотрим трех-связную структуру как наиболее простую. Предлагаемая физическая модель ее показана на рис. 2.9. Проводники /, 2, 3. 4 Параллельны и связаны, причем полоски 3 н 4 - результат искусственного рассечения верхней управляющей полоски (см. рис. 2.2, 3). Такой прием, очевидно, возможен, если по-3* 35

Многою-] ллсник терминальны* нагрузок и упраб-1-ля вд/1/ а,

Многополюсник межсоединении

I-\mnoronpo- - борная щиитп\ -1 линия - полюсник - О' Ь-1 . а,

Пногопо-люсник

-\Л11ниЯ

Пногопалюсния тежсоединенш}

нагрузок и управ-ляюилии as

Рис. 2.4. Обобщенная модель управляемых многосвязных полосковых структур

Рис. 2.5. Многополосник терминальных нагрузок (г гг) и управляющих злементов с проводимостями gi-

Управляющая полоска

Отрез/fU линии меандрового проводника

Рис 2 6 Фрагмент многосвязной полосковой структуры, содержащий отрез.ки линий меандроного проводника и управляющей полоски

Рнс. 2.7. Управляющий многополосник

Рнс. 2.8. Многополосник межсоединений

лоски 5 И 4 (рис. 2.9) имеют достаточно сильную сосредоточенную связь. Проводники /-4 образуют четырехпроводную Систему (линию). Полоски 5, 6 - также гальванически связанные линии, являющиеся частями управляющей полоски, Но ориентированными уже в ортогональном полоскам /-4 направлении. Полоска 7 (перемычка С-секции на рис. 2.2) электромагнитно связана с частью управляющей полоски 6.

Расчетная модель (рис. 2.10) представлена как два параллельно соединенных шестнадцатиполюсника Л и В, каждый из которых суть четырсхпроводная линия. Полоска о, которой