Диссертация (1137142), страница 15

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 15)

Такиепечатные платы содержат подвешенную подложку, состоящую издиэлектрического основания с высоким значением относительнойдиэлектрическойрасположеныпроницаемости,проводящиесэлементы,однойстороныкоторойивоздушногозазора,отделяющего металлический экран, находящийся с другой стороны.Недостатком этих печатных плат является отсутствие согласованияволновых сопротивлений диэлектрического основания подложки ивоздушного зазора, приводящее, при толщине платы большейчетверти длины волны, к возникновению отраженной волны впоперечном сечении платы. Кроме того, при использовании такойпечатной платы для микрополосковых антенн и излучателейнеобходимо обеспечивать согласование импедансных проводников свнешним воздушным пространством.В результате проведенного исследования предложена новаяконструкция модифицированной печатной платы с подвешеннойподложкой [90].

Отличительной особенностью такой печатной платыявляетсято,чтодиэлектрическаяподложкавыполняетсямногослойной, с числом слоев не менее трех, суммарной толщинойслоев, не превышающей четверти рабочей длины волны и линейновозрастающим от плоскости экрана к плоскости импедансныхпроводников волновым сопротивлением. Печатная плата может такжеиметь с противоположной стороны импедансных проводниковмногослойный диэлектрический экран с числом слоев не менее трех,117суммарной толщиной слоев, не превышающей четверти рабочейдлины волны и линейно возрастающим от плоскости импедансныхпроводников волновым сопротивлением.Использование такой конструкции платы позволяет обеспечитьсогласование ее диэлектрических слоев между собой с линейнымвозрастанием их волнового сопротивления от плоскости экрана кплоскости импедансных проводников, а также позволяет избежатьвозникновения отраженной волны в поперечном сечении, еслисуммарная толщина платы превышает четверть длины волны.

Крометого, в такой плате обеспечивается также согласование импедансныхпроводниковсвнешнимвоздушнымпространствомзасчетиспользования многослойного диэлектрического экрана с линейноувеличивающимся волновым сопротивлением.Чертеж поперечного сечения модифицированной платы сподвешенной многослойной подложкой толщиной d представлен нарисунке 5.1, а с подвешенной многослойной подложкой толщиной d1и многослойным согласующим диэлектрическим экраном толщинойd2 - на рисунке 5.2. Относительные диэлектрические проницаемостислоев подложки и диэлектрического экрана линейно уменьшаются сростомномераслоя.Нарисунке 5.3представленыграфикизависимостей модуля коэффициента отражения от числа слоев длятрехслойной подложки при 1=9,8; 2=5,6; 3=2,4 и подвешеннойподложки с воздушным зазором при 1=9,8; 2=1,0.Рассмотрим далее физические особенности работы исследуемоймодифицированной печатной платы с подвешенной подложкой.Известно,чтоволновое(характеристическое)диэлектрического слоя определяется по формуле: Z сопротивление, где  ,  относительные магнитная и диэлектрическая проницаемости слоя118соответственно.Длявоздушногозазораэтавеличинаравна120=376,7 Ом.

В большинстве случаев практического примененияволновое сопротивление микрополоскового отрезка линии передачидолжно составлять 50 или 75 Ом. При этом в поперечном сеченииплаты – прототипа в случае толщины платы, превышающей четвертьдлины волны, наблюдается резкий скачок волнового сопротивления,приводящий к сильному отражению волны от границы разделадиэлектрического слоя с воздушным зазором.Впредлагаемомвариантепечатнойплаты(рисунок 5.1)подложка выполнена многослойной с равномерным увеличениемвеличины волнового сопротивления от плоскости экрана к плоскостиимпедансных проводников. При равенстве толщины подложкичетверти рабочей длины волны, для СВЧ устройства, выполненногона такой плате, в ее поперечном сечении амплитуда отраженнойволны очень мала, что позволяет повысить эффективность его работы.Рисунок 5.1 -.

Модифицированная печатная плата с подвешеннойподложкой119Рисунок 5.2 - Модифицированная печатная плата с подвешеннойподложкой и согласующим диэлектрическим экраномПри использовании исследуемой печатной платы для созданиямикрополосковых антенн и излучателей их импедансные проводники,имеющиевбольшинствеслучаевпримененияволновоесопротивление десятки Ом, необходимо согласовать с внешнимвоздушным пространством, имеющим сопротивление 376,7 Ом.

Дляэтого в конструкцию платы введен многослойный диэлектрическийэкран с линейно увеличивающимся от плоскости импедансныхпроводников волновым сопротивлением (рисунок 5.2). При числеслоев согласующего экрана не менее трех и толщине подложки, непревышающейчетвертирабочейдлиныволны,достигаетсявыравнивание скачка волнового сопротивления, что обеспечиваетповышение коэффициента излучения и расширение диаграммынаправленности антенн и излучателей.120Рассмотренныеиисследованныефизическиеэффектыподтверждаются результатами расчета и анализа зависимостей модулякоэффициента отражения от экранированной с одной стороныслоистой диэлектрической среды с линейно и скачкообразноизменяющимсязначениемотносительнойдиэлектрическойпроницаемости.МодулькоэффициентаотраженияГдлядвухслоевдиэлектрика с номерами 1 и 2 может быть рассчитан по формуле:Z  Z1 Г  2Z 2  Z11   21   2и аналогично получен для любого числа слоев.Рисунок 5.3 - Зависимость модуля коэффициента отражения от числаслоевНа рисунке 5.3 показаны зависимости модуля коэффициентаотражения Г от числа слоев N для трехслойной диэлектрической121среды с линейным изменением относительной диэлектрическойпроницаемости (1=9,8; 2=5,6; 3=2,4) и двухслойнойсреды,содержащей диэлектрический слой и воздушный зазор, в которойволновое сопротивление меняется скачком (1=9,8; 2=1,0).Из полученных графиков видно, что трехслойная модельотличается от двухслойной модели почти вдвое меньшим ипрактически равномерным по сечению модулем коэффициентаотражения.Дляанализадисперсионныхсвойствмодифицированнойпечатной платы с подвешенной подложкой рассмотрим модельнесимметричной микрополосковой линии, выполненную на ее основе,исравнимеехарактеристикисхарактеристикамимоделеймикрополосковых линий на платах – прототипах.Дисперсионноеуравнениемикрополосковойлиниистрехслойной диэлектрической подложкой, выполненной на основемодифицированнойпечатнойплаты,связывающеезамедлениефазовой скорости  с волновым числом k может быть приближенноkзаписановвидеV2 1 ( 1   2   3 ) ,k4гдеV  kd( 1   2   3 ) -нормированная частота, d – суммарная толщина диэлектрическойподложки.На рисунке 5.4 показаны полученные с помощью MathCADдисперсионные характеристики для квази-Т волны в несимметричноймикрополосковой линии с 1=9,8, линии с подвешенной подложкой1=9,8; 2=1,0 и линии на основе трехслойной модифицированнойпечатной платы с 1=9,8; 2=5,6; 3=2,4.122Рисунок 5.4 – Дисперсионные характеристики микрополосковых линийИз анализа дисперсионных кривых следует, что с ростомпараметра kd , пропорционального частоте, дисперсия во всех трехрассматриваемыхслучаяхвозрастает,причемотносительноезамедление  стремится к квадратному корню из эффективногоkзначения относительной диэлектрической проницаемости первогослоя.

Однако следует отметить, что на более низких частотахзамедление линии с многослойной подложкой ниже замедления линиис подвешенной подложкой и воздушным зазором и линии соднослойным однородным основанием. Такой эффект роста фазовойскорости волны в линии с многослойной подложкой в сочетании сэффектом согласования диэлектрических слоев представляет интереспри создании новых микрополосковых СВЧ устройств, обеспечиваявозможность расширения диапазона частот за счет увеличенияграницы высокочастотной отсечки.Оценимдалеедобротностьанализируемыхмоделеймикрополосковых линий.Добротностьчетвертьволновогорезонаторанамикрополосковой линии определяется по формуле Q = QdQc/(Qd+Qc),где Qc   эффWZ в f [ГГц] / 6 - добротность линии, определяемаяпотерями в проводниках; Qd   эфф / qtg - добротность линии,123зависящая от потерь в диэлектрике.

Из представленных формулвидно, что для получения высокой добротности Q величинадиэлектрической проницаемости и ширина проводника должнывыбираться большими. Однако на эти величины накладываютсяограничения, обусловленные возбуждением высших паразитныхтипов волн и увеличением габаритов устройства.В качестве примера рассмотрим расчет добротности резонаторана несимметричной микрополосковой линии, выполненного накерамическойподложкетолщиной0,5 ммс=9,8. Волновоесопротивление Zв =50 Ом на частоте f=10 ГГц, проводник выполнен измеди σ = 6107 [Омм]-1. При ширине проводника 0,485 мм ирассчитанной величине  эфф  2,54 по приведенным выше формуламполучим Qc = 240, Qd = 3700.

Отсюда суммарная добротность Q = 225.На рисунке 5.5 показаны рассчитанные с помощью MathCADзависимостидобротностичетвертьволновыхрезонаторовототносительной толщины подложки для случаев несимметричноймикрополосковой линии с 1=9,8; линии с подвешенной подложкой1=9,8; 2=1,0 и линии на основе трехслойной модифицированнойпечатной платы с 1=9,8; 2=5,6; 3=2,4.Рисунок 5.5 - Зависимости добротности микрополосковых линий ототносительной толщины подложек124Из полученных на рисунке 5.5 графиков видно, что с ростомтолщиныдиэлектрическойподложкидобротностивсехпредставленных микрополосковых линий снижаются. Однако еслипри малых толщинах подложек разница в добротности весьмасущественна, то при приближении к толщине, близкой к четвертидлины волны, эта разница не столь велика.Рассчитаем далее по полученным значениям добротностиширину полосы пропускания резонаторов на основе рассматриваемыхмикрополосковых линий.

Характеристики

Список файлов диссертации