МИКРОПОЛОСКОВАЯ ФИДЕРНАЯ ЛИНИЯ
MICROSTRIP FEEDING LINE

Изобретение относится к антенно-фидерной технике и может быть использовано в аппаратуре связи и микроволновых приборах и устройствах.
Известна микрополосковая линия передачи, токонесущий проводник которой нанесен на диэлектрическую подложку с большой относительной диэлектрической проницаемостью. В такой линии могут существовать и распространяться колебания основного типа (квази Т-волны), характеризующиеся отсутствием продольных составляющих векторов электромагнитного поля. Квази Т-волна в микрополосковой линии обладает дисперсией, т.е. имеет фазовую скорость, зависящую от частоты. При этом дисперсионные свойства выражаются тем резче, чем выше диэлектрическая проницаемость подложки. Однако выбор параметров микрополосковой линии осуществляют таким образом, чтобы дисперсия была минимальной [Бова Н.Т., Ефремов Ю.Г., Конин В.В. и др. Микроэлектронные устройства СВЧ. Киев, Техника, 1984].
Также известна коаксиальная фидерная линия с аномальной дисперсией, внутренний проводник которой выполнен в виде цилиндрической спирали, а внешний проводник - в виде цилиндра с, по крайней мере, двумя сквозными щелями, симметрично расположенными по образующим. Такая линия снабжена, по меньшей мере, двумя разомкнутыми кольцевыми проводниками, охватывающими внешний проводник и размещенными друг от друга на расстоянии не менее одной шестой длины замедленной волны [Коаксиальная фидерная линия / А.А.Елизаров, В.Н.Каравашкина, М.Д.Морозовская // Решение о выдаче патента на изобретение по заявке №2007119166/09(020891) от 21.04.2008]. Такая фидерная линия является коаксиальной и ее использование в микрополосковых антенных устройствах и планарных схемах затруднено.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является конструкция микрополосковой меандровой линии, использующейся в интегральных схемах для получения заданного набега фазы сигнала [Авдеев Е.В., Чегис М.П. Расчет свернутых в меандр отрезков полосковых линий с неоднородными диэлектриками // Радиотехника и электроника. 1971, №10, с.1808-1815]. Такая линия передачи обладает нормальной дисперсией, при которой фазовая скорость волны снижается с ростом частоты колебаний.
Технической задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является создание микрополосковой фидерной линии, позволяющей уменьшать продольные габаритные размеры антенных устройств и планарных схем, соединяемых с ее помощью, обладающей аномальной дисперсией и обеспечивающей распространение электромагнитных волн с фазовой скоростью, увеличивающейся с ростом частоты колебаний.
Решение технической задачи достигается тем, что микрополосковая фидерная линия содержит диэлектрическую подложку, с одной стороны которой выполнен токонесущий проводник в виде зигзаг-линии, а с другой стороны металлический экран с, по меньшей мере, двумя продольными щелями, ширина которых не превышает ширину проводников экрана. Отличительной особенностью микрополосковой фидерной линии является то, что она снабжена, по меньшей мере, двумя перемычками, расположенными друг от друга на расстоянии, по меньшей мере, одной шестой длины замедленной волны и соединяющими поочередно центральные и периферийные соседние проводники экрана соответственно.
Техническим результатом, достигаемым при осуществлении всей совокупности заявляемых существенных признаков, является обеспечение распространения электромагнитных волн с фазовой скоростью, увеличивающейся с ростом частоты колебаний за счет аномальной дисперсии, что позволяет уменьшать продольные габаритные размеров антенных устройств и планарных схем, соединяемых с помощью микрополосковой фидерной линии.
Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 представлена изометрия отрезка микрополосковой фидерной линии. На фиг.2 показан вариант топологии экранных проводников с перемычками, соединяющими соседние проводники. Дисперсионные характеристики микрополосковой фидерной линии представлены на фиг.3.
Конструкция микрополосковой фидерной линии (фиг.1) содержит диэлектрическую подложку 1, токонесущий металлический проводник в виде отрезка зигзаг-линии 2 и продольно-проводящего экрана 3, соседние проводники которого соединены перемычками 4.
Работа микрополосковой фидерной линии осуществляется следующим образом.
Волна в микрополосковой фидерной линии возбуждается между токонесущей зигзаг-линией 2 и экраном 3, содержащим, по меньшей мере, две продольные щели (фиг.1). Такая конструкция экрана 3 с продольной проводимостью обеспечивает практически полную концентрацию энергии электрического поля замедленной волны внутри диэлектрической подложки 1 фидерной линии. Электрическое соединение соседних проводников экрана с помощью перемычек 4, необходимое для возбуждения колебаний в линии, должно осуществляться поочередно то в центре, то на периферийных областях, как показано, например, на фиг.2. Если же перемычкой замкнуть все проводники экрана одновременно, поперечные токи, возникающие в месте соединения, будут снижать погонную индуктивность фидерной линии. Возбуждаемый в короткой перемычке 4 ток невелик и существенного влияния на погонную индуктивность микрополосковой фидерной линии не оказывает. Соединение проводников продольно-проводящего экрана 3 должно осуществляться на расстоянии не менее одной шестой длины замедленной волны, т.е. вне области сосредоточения электромагнитного поля.
Возможность достижения поставленной цели подтверждается результатами численного расчета дисперсионного уравнения, полученными с помощью программных средств AWR Design Environment (Microwave Office v.6.53) и MathCAD.
На фиг.3 приведены дисперсионные характеристики отрезков микрополосковой фидерной линии в виде зависимостей коэффициента замедления от частоты при использовании подложек с габаритными размерами 91×47, относительной диэлектрической проницаемостью 9,8 и толщинами 1,5 и 2 мм. Из представленных на фиг.3 зависимостей видно, что в диапазоне от 3,5 до 8 ГГц обе характеристики имеют участки с аномальной дисперсией, при которой фазовая скорость увеличивается с ростом частоты. При дальнейшем увеличении частоты, вплоть от 11-12 ГГц характеристики практически горизонтальны, что соответствует минимальным дисперсионным потерям в микрополосковой фидерной линии.