Файл: Бушминский, И. П. Изготовление элементов конструкций СВЧ. Волноводы и волноводные устройства учеб. пособие.pdf

чие сопротивлений металла проводников и «массивного» металла, на которые обычно ведется расчет затухания; многослойность полосковых проводников, состоящих из слоев металлов с разной проводимостью.

Технологический процесс изготовления плат полоско­ вых волноводов заключается в металлизации одной по­ верхности платы и получении на другой рисунка по­ лосковых проводников.

При получении волноводов на органическом диэлек­ трике с использованием электрохимической металлиза­ ции для увеличения адгезии на поверхности диэлектри­ ка создаются микронеровности. Тот же метод использу­ ется при создании полосковых схем на СВЧ керамике, не содержащей стеклофазы, при металлизации с исполь­ зованием вжигания.

Наносимые в вакууме металлические пленки сцеп­ ляются с диэлектриком за счет химических связей окис­ ла, который образуется между проводником и подлож­ кой в тонком слое металла с относительно высоким удельным сопротивлением, например хрома, титана или тантала, а химические связи образуются на очень глад­ кой поверхности подложки. На высокоомный промежу­ точный слой наносится металл, образующий собственно проводник.

Таким образом, шероховатость токонесущей поверх­ ности и многослойность полосковых проводников обус­ ловлены требованиями процесса изготовления полоско­ вых волноводов. Структура металда, зернистость, порис­ тость, величина внутренних напряжений и, следователь­ но, удельное сопротивление зависят также и от способа и режимов металлизации.

Для количественной оценки степени влияния микро­

268

филя к длине идеально гладкой токонесущей поверхно­ сти).

Коэффициент потерь показывает, во сколько раз уве­ личивается эффективная поверхность шероховатого про­ водника по сравнению с абсолютно гладким проводни­ ком, учитывает чистоту токонесущей поверхности и рабочую длину волны. Увеличение эффективной поверх-

Rs/Ri

0 02 0,0 0,6 0,8 1 1,2 1,0 1,6

t/d

Рис. 6.1. Зависимость поверхностного сопротивления много­ слойной токонесущей поверхности от сопротивления слоев, их толщины и условной глубины проникновения

ности, без изменения линейных размеров проводников полоскового волновода, можно рассматривать как ре­ зультирующее увеличение поверхностного сопротивления при абсолютно гладких токонесущих поверхностях. Зна­ чение поверхностного сопротивления токонесущих по­ верхностей возрастает в k раз.

Вещественная часть поверхностного сопротивления двухслойной токонесущей поверхности (рис. 6.1) опре­ деляется выражением

X S= K iX

X

26?

где R i — удельное сопротивление поверхностной пленки; Д2— удельное сопротивление материала проводника; t — толщина поверхностной высокоомной пленки метал­ ла; d — глубина скин-слоя для материала поверхностной пленки.

Следовательно, технологический процесс влияет на величину потерь в проводниках полоскового волновода, а значит, и на величину затухания.

Величина затухания в полосковом волноводе, обус­ ловленного потерями в проводниках при известном рас­ пределении тока

ностное сопротивление в омах на квадрат для полосково­ го проводника и заземленных пластин соответственно; /,(х) и / 2(х) — распределение плотности поверхностного тока; / — величина общего тока, проходящего через про­ водник. Величины рь р2, рь Рг характеризуют магнитную проницаемость и удельное сопротивление материала про­ водника и заземленных пластин, / — рабочая частота. Множитель N зависит от типа полоскового волновода. Для симметричного полоскового волновода N = 1, для несимметричного N — 1/2. Интеграл первого слагаемого берется по контуру проводника, второго — по поверхно­ сти заземленной пластины.

Расчет величины затухания по (6.2) затруднен вви­ ду сложности аналитических выражений, характеризую­ щих распределение плотности тока в полосковом провод- - нике и заземленной пластине. Для определения затуха­ ния в несимметричном и симметричном полосковых вол­ новодах используют приближенный метод, основанный на «правиле приращения индуктивности». Общее выра­ жение для сопротивления передающей линии

где R — сопротивление линии, ом/лг, Rs— поверхностное сопротивление, ом/м2\ р — магнитная проницаемость ди­ электрической среды, н/м (для немагнитных диэлектри-

270

ков |д,=4л-10-7 н/м): дЬ — бесконечно малое прираще­ ние индуктивности, обусловленное бесконечно малым равномерным уменьшением размера дп всех проводни­

Это выражение используется для вывода формул ве­ личины затухания в несимметричном и симметричном полосковых волноводах, обусловленного потерями в про­ водниках.

Несимметричный полосковый волновод

Для несимметричного полоскового волновода (рис. 6.2) равномерное уменьшение размеров проводников выра­ зится так:

Учитывая это, из (6.4) найдем:

271

Используя выражения (6.7) и (6.8) с учетом (6.9), вычислим частные производные в (6.5). Дифференцируя,

/2 h

272