РЕБЕРНО-ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ВОЛНОВОД

Реберно-диэлектрический волновод
Изобретение относится к линиям передачи сверхвысокочастотного (СВЧ), крайневысокочастотного (КВЧ) диапазонов и предназначено для использования в интегральных схемах указанных диапазонов вплоть до оптических частот. Целью изобретения является расширение рабочего диапазона в область КВЧ и оптических частот, а также уменьшение омических потерь.
Известен микрополосковый волновод (см. А.С. СССР №1626282 А1, Н 01 РЗ/16, публ. 1991 г.), содержащий металлический полосковый проводник, расположенный на диэлектрической пластине, и подложку, которая выполнена из диэлектрика с относительной диэлектрической проницаемостью f 2   где е, - диэлектрическая проницаемость пластины,
а толщина пластины d удовлетворяет неравенству ,U(ei-fj)2, где Я длина волны в свободном пространстве (см. фиг.1).
Недостатком известного устройства являются повышенные потери вблизи ребер полоскового проводника, а также невозможность размещеьшя его вблизи края микросхемы из-за влияния этого края на параметры волновода, определяющие его волноведущие свойства.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является полосковый волновод с краевой волной (см. статью С.В. Зайцева Краевые волны в полосковых структурах. Изв. ВУЗов Радиофизика, №3,1987 г.), содержащий диэлектрическую пластину толщиной d с проницаемостью е,, окруженную средой с проницаемостью е, и расположенный на ней очень щирокий полосковый проводник, в окрестности ребра которого распространяется краевая волна(см. фиг.2).
Недостатком устройства - прототипа являются достаточно высокие омические потери, обусловленные сильной особенностью электромагнитного поля на ребре проводящего полоскового проводника.
Технический эффект, на достижение которого направлена предлагаемая линия передачи, заключается в уменьщении омических потерь в ней и упрощении ее конструкционного выполнения.
Этот эффект достигается тем, что в реберно-диэлектрическом волноводе, содержащем диэлектрическую пластину, диэлектрическую подложку и металлический проводник, последний выполняется в виде клина с углом а при вершине, и располагается одной гранью на пластине, причем подложка изготовлена из диэлектрика с проницаемостью s  б, где е - диэлектрическая проницаемость пластины, а угол а больше нуля.
Поперечное сечение предлагаемого волновода представлено на фиг.З (как уже упоминалось выше, на фиг.1 и фиг.2 показаны конфигурации известных линий передачи - аналога и прототипа соответственно). Заявляемыйреберно-диэлектрическийволноводсодержит
диэлектрическую пластину 1, диэлектрическую подложку 2 и металлический проводник 3 в виде клина с углом а при вершине, лежащий одной гранью на диэлектрической пластине.
Реберно-диэлектрический волновод удерживает поверхностную волну, которая распространяется в направлении, перпендикулярном плоскости рисунка. Образование такой волны происходит по двум причинам. Во-первых, на границе раздела двух диэлектрических сред пластины и подложки - имеет место явление полного внутреннего отражения (при условии, что диэлектрическая проницаемость пластины больше диэлектрической проницаемости подложки) и, вследствие этого, электромагнитное поле стремится сконцентрироваться в пластине. Вовторых, металлический клин создает особенность электромагнитного поля вблизи ребра, которая приводит к повышенной концентрации энергии поля в его окрестности, а если учесть, что это ребро находится на границе с поверхностью диэлектрической пластины, то этим обеспечивается дополнительное замедление поверхностной волны (называемой также краевой волной), и, следовательно, ее удержание в О1фестности ребра. Выбором угла а при вершине клина и подбором толщины пластины d можно регулировать концентрацию электромагнитной энергии, переносимой рассматриваемой краевой волной через поперечное сечение волновода, а значит и величину погонных омических потерь в нем.
Продвижение рабочего диапазона частот предлагаемого волновода в область оптических частот достигается уменьшением диэлектрических проницаемостей г, и е при сохранении неравенства .
Описание результатов эксперимента.
Для проверки существования краевой волны и измерения ее длины волны был поставлен эксперимент. Резонатор, образованный двумя плоско-параллельными металлическими пластинами и расположенного между ними исследуемого отрезка волновода, состоящего из поликоровой диэлектрической пластины толщиной 1мм и металлического клина с углом а  90% возбуждался разомкнутым на конце отрезком 50-омной микрополосковой линии, нанесенной на обратной стороне диэлектрической пластины.
Измерения, проводивщиеся на панорамном измерителе КСВ и ослаблений, показали наличие резкого падения КСВ (до значения 1,25) в двух частотных точках: 8,6 ГГц и 11,47 ГГц. В этих точках были выполнены расчеты длины краевой волны Д и сопоставлены с формулой
резонанса:
L  , где L - длина резонатора, равная в нашем случае 28 мм, п целое положительное число, соответствующее номеру резонанса. Для
первой частотной точки получилось Д  28,2 мм, для второй --  27,7 мм.
Это означает, что наблюдались второй и третий резонансы. Первый полуволновый резонанс, который должен был иметь место на частоте « 5 ГГц, обнаружен не был, что объясняется очень слабой на этой частоте концентрацией поля краевой волны в окрестности ребра.
Предлагаемый волновод может использоваться в качестве широкополосной линии передачи СВЧ и КВЧ диапазонов, а также послужить основой для разработки новых функциональных устройств указанных диапазонов.
/В.М. Темнов/ /Р.В. Бударагин/ /А. А. Титаренко/