Linia paskowa powietrza
Linia paskowa powietrza jest formą płaskiej linii przesyłowej , w której przewodnik w postaci cienkiej metalowej taśmy jest zawieszony między dwiema płaszczyznami uziemienia . Chodzi o to, aby dielektryk był zasadniczo powietrzem. Mechaniczną podporą linii może być cienkie podłoże, okresowo izolowane podpory lub złącza urządzeń i inne elementy elektryczne.
Linia paskowa powietrza jest najczęściej stosowana przy częstotliwościach mikrofalowych , zwłaszcza w paśmie C. Jego przewaga nad standardową linią paskową i innymi technologiami planarnymi polega na tym, że dielektryk powietrzny zapobiega stratom dielektrycznym . Wiele przydatnych obwodów można zbudować za pomocą linii paskowej, a także łatwiej jest osiągnąć silne sprzężenie między komponentami w tej technologii niż w przypadku innych formatów planarnych. Został wynaleziony przez Roberta M. Barretta w latach pięćdziesiątych XX wieku.
Struktura
Linia paskowa powietrza jest formą linii paskowej wykorzystującej powietrze jako materiał dielektryczny między przewodem centralnym a płaszczyznami uziemienia . Wykorzystanie powietrza jako dielektryka ma tę zaletę, że pozwala uniknąć strat transmisji zwykle związanych z materiałami dielektrycznymi .
Istnieją dwa podstawowe sposoby konstruowania linii paskowej powietrza. W linii paskowej podpartej dielektrykiem, zwanej również zawieszoną linią paskową lub zawieszonym podłożem, przewodnik taśmowy jest osadzony na cienkim stałym podłożu dielektrycznym, czasami po obu stronach i połączony ze sobą w celu utworzenia pojedynczego przewodnika. Substrat ten jest następnie mocowany na miejscu pomiędzy ścianami podtrzymującymi dwie płaszczyzny podłoża. W tym sposobie taśma może być wytwarzana technikami obwodów drukowanych, co czyni ją tanią i prowadzi do dodatkowej korzyści polegającej na tym, że inne komponenty mogą być drukowane na dielektryku w tej samej operacji. Celem stałego dielektryka jest mechaniczne podparcie przewodnika, ale jest on wykonany tak cienki, jak to tylko możliwe, aby zminimalizować jego efekt elektryczny. Słaby charakter podłoża oznacza, że można go łatwo zniekształcić. Z tego powodu projekt musi uwzględniać kwestie stabilności termicznej. Wysokiej klasy projekty mogą wykorzystywać podłoże krystaliczne, takie jak azotek boru lub szafir , jako podłoże zawieszone.
Druga metoda konstrukcji wykorzystuje bardziej solidny metalowy pręt jako pasek, wsparty na okresowo rozmieszczonych izolatorach. Ta metoda może być bardziej odpowiednia dla zastosowań o dużej mocy. W takich zastosowaniach rogi przekroju przewodu mogą być zaokrąglone, aby zapobiec występowaniu w tych punktach wysokich natężeń pola i wyładowań łukowych . Izolatory są elektrycznie niepożądane; odwracają uwagę od celu, jakim jest posiadanie dielektryka czysto powietrznego, dodają nieciągłości do linii i są potencjalnie punktem, w którym może wystąpić śledzenie . W niektórych komponentach istnieją punkty, w których linie muszą być uziemione, bezpośrednio lub przez element dyskretny. W takich obwodach te punkty uziemienia mogą pełnić funkcję wsporników mechanicznych i uniknąć konieczności stosowania izolatorów podtrzymujących.
Używa
Linia paskowa powietrza znajduje największe zastosowanie przy częstotliwościach mikrofalowych w paśmie C ( 4–8 GHz ). Przy tych częstotliwościach i poniżej ma przewagę zwartości nad falowodem . Linia paskowa powietrza może być używana poza pasmem C, ale w wyższym paśmie Ku ( 12–18 GHz ) falowód ma tendencję do dominacji ze względu na mniejsze straty.
Przy częstotliwościach mikrofalowych obwody pasywne, takie jak filtry , dzielniki mocy i sprzęgacze kierunkowe, są zwykle konstruowane jako obwody z elementami rozproszonymi . Obwody te można zbudować przy użyciu dowolnego linii transmisyjnej . Format linii koncentrycznej powszechnie używany do łączenia urządzeń był używany do konstrukcji tego rodzaju urządzeń, ale nie jest to najwygodniejszy format do produkcji. Linia paskowa została opracowana jako lepsze rozwiązanie do budowy obwodów, a linia paskowa powietrzna również spełnia tę rolę. Linia paskowa powietrza jest szczególnie przydatna w paśmie C do tworzenia tworzących wiązki z tych komponentów.
Linia paskowa powietrza może łatwiej osiągnąć silne sprzężenie pośrednie w tych komponentach niż inne płaskie formaty. W standardowej linii paskowej sprzężenie jest zwykle osiągane przez prowadzenie linii obok siebie na odległość. Sprzężenie między krawędziami linek w ten sposób jest stosunkowo słabe i jest ograniczone przez najbliższą odległość, jaką można ustawić razem. Limit ten jest regulowany przez maksymalną rozdzielczość procesu drukowania oraz, w zastosowaniach energetycznych, przez natężenie pola elektrycznego między liniami. Z tego powodu równoległe sprzężone linie paskowe są stosowane w sprzęgaczach kierunkowych o współczynniku sprzężenia nie większym niż -10 dB . Rozgałęźniki mocy, ze współczynnikiem sprzężenia -3 dB , wykorzystują technikę bezpośredniego sprzężenia. Air stripline wykorzystuje alternatywny układ, z liniami ułożonymi jedna na drugiej. To sprzężenie burtowe jest znacznie silniejsze niż sprzężenie krawędziowe, więc linie nie muszą być tak blisko, aby osiągnąć ten sam współczynnik sprzężenia. W przypadku linii paskowej podpartej dielektrykiem można to osiągnąć, drukując dwie linie po przeciwnych stronach dielektryka. Sprzężenie burtowe można oczywiście osiągnąć w linii paskowej wypełnionej stałym dielektrykiem, jak również za pomocą technik linii zakopanej, ale wymaga to dodatkowych warstw dielektrycznych i dodatkowych procesów produkcyjnych. Inną techniką dostępną dla linii paskowej powietrznej w celu zwiększenia sprzężenia jest użycie grubych prostokątnych pasków w celu zwiększenia sprzężenia bocznego. Ułatwia to również wsparcie mechaniczne, ponieważ linki są sztywniejsze.
Historia
Linia paskowa została wynaleziona przez Roberta M Barretta z Centrum Badawczego Sił Powietrznych Stanów Zjednoczonych w Cambridge na początku lat pięćdziesiątych. Linia paskowa powietrza pod zarejestrowanym znakiem Stripline została po raz pierwszy wyprodukowana komercyjnie przez Airborne Instruments Laboratory (AIL) w postaci zawieszonej linii paskowej. Jednak linia paskowa stała się ogólnym terminem określającym tę strukturę z dowolnym dielektrykiem. Można by teraz przypuszczać, że pozbawiony ozdób termin linia paskowa oznacza linię paskową ze stałym dielektrykiem. Na początku technologia paskowa była preferowaną technologią planarną, ale obecnie została zastąpiona przez mikropaskową w większości zastosowań ogólnych, zwłaszcza w przypadku przedmiotów produkowanych masowo.
Bibliografia
- Bhat, Bharati; Koul, Shiban K, Linie transmisyjne podobne do linii paskowych dla mikrofalowych układów scalonych , New Age International, 1989 ISBN 8122400523 .
- Pradhan, BP; Barrow, EA, „Mikrofalowa linia transmisyjna z pasmem powietrznym dla pasma S ” , IETE Journal of Research , tom. 23, wyd. 10, s. 618–619, 1977.
- Han, CC; Hwang, Y, „Anteny satelitarne” , w, Lo, YT ; Lee, SW, Antenna Handbook: Volume III Applications , rozdział 21, Springer, 1993 ISBN 0442015941 .
- Maichen, Wolfgang, cyfrowe pomiary czasu , Springer, 2006 ISBN 0387314199 .
- Matthaei, George L.; Młody, Lew; Jones, EMT, filtry mikrofalowe, sieci dopasowujące impedancję i struktury sprzęgające , McGraw-Hill 1964 OCLC 282667 .
- Oliner, Arthur A, „Ewolucja falowodów elektromagnetycznych: od wydrążonych metalowych prowadnic do mikrofalowych układów scalonych” , rozdział 16 w, Sarkar, Tapan K; Mailloux, Robert J.; Oliner, Artur A; Salazar-Palma, Magdalena; Sengupta, Dipak L, Historia łączności bezprzewodowej , Wiley, 2006 ISBN 0471783013 .
- Rosłoniec, Stanisław, Podstawowe metody numeryczne w elektrotechnice , Springer, 2008 ISBN 3540795197 .