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

мощью электролитической ванны, что обеспечивает точ­ ную аналогию электрического поля в любом поперечном сечении проводника и применяется для получения чис­ ленных результатов, точность которых зависит только от точности проведения эксперимента.

На одном из электродов ванны создается распределе­ ние плотности тока, соответствующее распределению то­ ка в полосковом проводнике. Затем длина этого электро­ да ступенями уменьшается и одновременно деформи­ руется слой электролита введением в него диэлектриче-

Рис. 6.10. Зависимость плотности тока на краю полоскового проводника:

---------- — теоретическая кривая;

-----•---------экспериментальная кривая

ских клиньев, располагаемых возле деформируемого электрода (рис. 6.11). В процессе эксперимента изме­ няется распределение плотности тока на деформируе­ мом электроде и общий ток, текущий через электролит. Данная модель выбирается следующим образом.

При рассмотрении модели деформированного по­ лоскового проводника наибольший интерес представляет картина токов в плоскости поперечного сечения А А и т. е. плоскости максимальной деформации.

Токонесущую поверхность можно смоделировать

ввиде некоторого проводящего слоя равномерной тол­ щины и ширины с заданным распределением плотности тока в нем. Таким проводящим слоем в данном случае является электролит. Распределение плотности тока

влюбой плоскости его поперечного сечения, перпендику-

296

лярной к слою, остается постоянной, в том числе и на электроде, который будет условно именоваться анодом. Деформация проводящего слоя ведет к перераспреде­ лению токов в области деформации, аналогичному пере­ распределению в плоском проводнике, тогда, когда фак­ торы, вызывающие первоначальное распределение токов в электролите, характерное для полоскового проводника, остаются неизменными. Это справедливо для незначи­ тельных деформаций полоскового проводника.

Рис. 6.11. Ванна для моделирования распределения плотности тока в поперечном сечении деформирован­ ного полоскового проводника

Деформацию проводящего слоя можно осуществить на любом его участке и с таким расчетом, чтобы пло­ скость АА\ совпала с анодом. При этом конструкция анода должна предусматривать возможность изменения его длины, а диэлектрические клинья, деформирующие электролит, надо помещать так, чтобы вершина их каса­ лась края анода.

Электролитическая ванна для снятия рассматривае­ мых характеристик (рис. 6.11) состоит из прямоугольно­ го корпуса 1, плоского анода 2, катода 3, конфигурация которого рассчитывалась таким образом, чтобы получить заданное распределение тока по поверхности анода и прибора 4, измеряющего плотность тока. Форма катода рассчитывается следующим образом. Известно, что при постоянной разности потенциалов между двумя плоски­ ми пластинами, помещенными в электролит, плотность

297

тока будет зависеть от расстояния между ними:

-J. (6.53)

РI

Следовательно, изменение I (расстояния между элект­ родами) позволит получить изменение плотности тока на аноде. При этом для облегчения замеров желательно, чтобы анод был плоским, а сложную форму имел катод. За исходное принимается распределение плотности тока (см. [6.45]). Поскольку такое распределение тока необ­ ходимо получить на аноде, уравнение (6.53) можно пере­ писать для новой координатной системы так:

Отсюда, обозначив Ек - ■Ец = Пак = const, получим

U.

- — ( A h t - B h l + C J . hi

Разность потенциалов между катодом сложной фор­ мы и плоским ано­ дом поддерживается постоянной.

Для того чтобы изменялась длина анода, его делают раздвижным состоя­ щим из двух поло­ вин — неподвижной и подвижной — элек­ трический контакт которых осуществ­ ляется с помощью проводника. Распре­ деление плотности тока на поверхности анода измеряется специальным устрой­ ством (рис. 6.12), состоящий из ампер­ метра /; трубки 2, изолирующей про­ водники от электро-

298

лита; медной пластины 3\ корпуса прибора 4\ двух кон­ тактных штырей 5 и экранирующего кольца 6. Контакт­ ный штырь замыкает электрическую цепь от пластины 3 через амперметр на исследуемую точку поверхности ано­ да. Экранирующее кольцо введено для уменьшения иска­ жения поля, вызванного толщиной прибора. На рис. 6.13, а, б и в приведены экспериментальные кривые, ха­ рактеризующие распределение тока для половины полос­ кового проводника при различной глубине деформации его края и разных углах при вершине вырыва.

Анализ этих кривых показывает, что токораспределение не зависит от угла при ве'ршине вырыва, а опреде­ ляется его глубиной.

Как видно из кривых, принятое ранее предположение

строена кривая распределения плотности тока на краю полоскового проводника в зависимости от глубины де­ формации (см. рис. 6.10). На том же рисунке построена аналогичная теоретическая зависимость, полученная из (6.52). Анализ теоретических и экспериментальных кри­ вых показывает, что при деформации полоскового про­ водника происходит значительное перераспределение то­ ков в его поперечном сечении. Максимальная плотность тока имеет место на краю полоскового проводника при любой глубине деформации. Для значений С = 0,01 уве­ личивается плотность тока на краю полоскового провод­ ника, в пределах 10—12% от плотности тока на краю недеформированного проводника. При дальнейшем росте С плотность тока на краю полоскового проводника в месте его максимальной деформации уменьшается. Это наблю­ дается вплоть до С = 0,1. При С « 0,1 плотность тока на краю деформируемого полоскового проводника возра­ стает и для С — 0,24 сравнивается, а для С = 0,3 на 25% превышает плотность тока на краю недеформированного полоскового проводника.

Пропускная способность полоскового волновода огра­ ничена условиями пробоя и нагрева диэлектрика.

При работе с незатухающими колебаниями ограничи­ вающим фактором является нагрев диэлектрика, степень которого зависит от плотности среднего тока, текущего через проводник.

299

Рис. 6.13. Распределение плотности тока в попе­ речном сечении полоско­ вого проводника в зави­ симости от глубины де­ фекта края и угла при

его вершине

300

Рост плотности тока в деформируемом полосковом проводнике понижает допустимую плотность среднего тока. Кроме ее понижения перераспределение плотности тока по сечению проводника в результате деформации его края изменяет значения волнового сопротивления полоскового волновода в месте деформации (Zj).

По значениям А\ формулы (6.51) можно записать функции распределения тока в поперечном сечении де­ формируемого полоскового проводника для каждого из исследованных значений Си а по ним найти значения Z x в соответствии с выражением

* - - ^ т / ^ Ь С)Ь-йг 1-Л (6'55)

—1

Результаты расчетов даны на рис. 6.14. Как видно из графика, значения Zi/Z зависят от величины С.

Z,U

Рис. 6.14. Зависимость волнового сопро­ тивления несимметричного полоскового волновода от глубины дефекта границы полоскового проводника

Таким образом, местные дефекты края полоскового проводника ведут к перераспределению токов в нем; это изменяет волновое сопротивление волновода в области дефекта и уменьшает допустимую плотность среднего тока, текущего в полосковом проводнике.

Если требования к полосковому волноводу такие, что перечисленные искажения недопустимы, то технологиче­ ский процесс должен быть построен так, чтобы обеспе­ чить регулярность границы проводника.

Экспериментально доказано (§ 5.1), что дефекты гра­

301