Главная > Разное > Объемные интегральные схемы СВЧ
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

5. Т-соединения различных типов линий в ОИС СВЧ.

Выше было отмечено, что чаще всего в ОИС встречаются комбинации различных типов линий. В области их стыковки возникают -соединения, построенные на одновременном включении последовательных и параллельных отрезков различных типов Точность расчета определяется правильным выбором эквивалентной схемы. В настоящем разделе мы ограничимся анализом физических свойств некоторых типов -соединений и их топологий на основании эквивалентных схем.

Т-соединения с входным плечом на НПЛ. В -соединениях, представленных на рис. осуществляется синфазное возбуждение сигнала в выходных плечах. Рассмотрим в отдельности каждое соединение.

Рис. 2.20. Топология неоднородностей в КЛ (а); эквивалентные схемы (б)

Наиболее простое соединение НПЛ с двумя имеет классический вид параллельного включения всех плеч (эквивалентная схема показана на рис. 2.21,б). Коэффициент отражения со стороны НПЛ отличается от нуля только за счет дисперсионных свойств волнового сопротивления НЩЛ. Поэтому, учитывая, что дисперсионные характеристики НПЛ и НЩЛ при имеют приблизительно одинаковый характер, -соединения в полосе частот октавы практически меньше 1,1.

При повышенных значениях волнового сопротивления НЩЛ необходимо компенсировать индуктивность, возникающую в области соединения проводника НПЛ со слоем металла в НЩЛ. Это можно сделать путем создания плавного перехода проводника в металл или скачка ширины проводника (рис. 2.21, в, г соответственно).

Более сложное -соедпнение осуществляется с выходом на СЩЛ, в котором для выравнивания потенциалов необходимо ввести Четвертьволновый разомкнутый отрезок НПЛ (рис. 2.22) либо

гальванически закоротить НПЛ на противоположный слой металла СПЛ в точке А (рис. 2.22, а). Сопротивление, включенное параллельно в соединяемые линии, состоит из входного сопротивления разомкнутого шлейфа и индуктивного сопротивления проводника в области пересечения СЩЛ и НПЛ:

где электрическая длина шлейфа, индуктивность проводника, расположенного в области щели.

Рис. 2.21. Т-соединение НПЛ НЩЛ (а); эквивалентная схема (б); плавное (в) и скачкообразное (г) соединения

Рис. 2.22. Включение НПЛ в СЩЛ (а); эквивалентные схемы

Рис. 2.23. Включение НПЛ в КЛ (а); эквивалентная схема {б)

Сложная ситуация создается в -соединении с выходными плечами на КЛ. В зависимости от конструкции включения НПЛ в КЛ могут возбуждаться четный и нечетный типы волн. При включении за точкой пересечения четвертьволнового разомкнутого отрезка токи, возникающие на краях двух полубесконечных слоев металла КЛ, будут иметь противоположные направления

(нечетный тип возбуждения). Эквивалентное сопротивление данного перехода (рис. 2.23, б) определяется по (35).

Непосредственное гальваническое соединение проводпика с узким проводником КЛ через отверстие в подложке позволяет выровнять потенциалы на полубесконечных слоях металла КЛ (четный тип возбуждения). При этом последовательно включенное сопротивление в эквивалентной схеме (рис. 2.23, б) стремится к нулю.

Т-соединение с входным плечом на СЩЛ. Существует большое разнообразие -соединений СЩЛ со всеми типами ПЛП, а также другими ЛП, которые применяются в технике.

Рис. 2.24. Включение СЩЛ в НЩЛ (а); эквивалентная схема (б)

Рис. 2.25. Т-соединение СЩЛ НПЛ с помощью закороченного четвертьволнового шлейфа (а) и разомкнутого конца СПЛ (б); эквивалентная схема (в)

Рис. 2.26. Т-соединение СЩЛ НПЛ со слабой связью (а); эквивалентная схема (б)

Рассмотрим наиболее часто встречающиеся в практике ОИС СВЧ соединения. Так как в СЩЛ низшая волна — это волна -типа, то возбуждение выходных плеч осуществляется противофазно Выходные плечи при этом могут быть расположены как в плоскости СЩЛ, так и с противоположной стороны подложки.

Принцип работы -соединения СЩД с НЩЛ (рис. 2.24, а) аналогичен тройнику, расположенному в Е-плоскости (рис. 2.24, б). В данном соединении выходные плечи образованы двумя металлическими плоскостями (заштрихованы), образующими СЩЛ, и полубесконечной металлической плоскостью (показана точками) с противоположной сторопы подложки. При работе на ПЛП с высоким сопротивлением Ом) коэффициент отражения практически минимален что объясняется совпадением характера структуры ноля соединяемых линий.

В настоящее время широко используются -соединения с выходными НПЛ (рис. 2.25, а). Для создания полной связи СЩЛ за точкой пересечения с НПЛ заканчивается четвертьволновым закороченным шлейфом, эквивалентная схема которого приведена на рис. 2.25, е. Входное сопротивление шлейфа равпо

Видно, что полоса рабочих частот Т-соедипепия ограничена частотной характеристикой шлейфа. Для увеличения полосы частот шлейф выполняют в виде круга, вырезанного в слое металла (рис. 2.25,6). При этом входная проводимость (рис. 2.25, в) в определенном диапазоне практически не будет зависеть от частоты.

Довольно часто в устройствах контроля мощности, излучающих элементах и др. в -соединении необходимо осуществить слабую связь между выходными и входными плечами. Топология тройника со слабой связью соединяемых линий приведена на рис. 2.26, а. В этом случае используется связь по магнитному полю (индуктивная связь). На эквивалентной схеме (рис. 2.26, б) она показана в виде идеального трансформатора

Рис. 2.27. Частотные характеристики коэффициента связи в Т-соединении СЩЛ НПЛ: сплошные кривые — расчет; штриховая — эксперимент

Определяя с помощью леммы Лоренца амплитуды волн, возбуждаемых в СЩЛ, по уравнению энергетического баланса найдем коэффициент связи [194, 195], равный

Результаты расчета по (37) приведены на рис. 2.27. Видно, что коэффициент связи слабо зависит от частоты. Кроме того, на

определенных расстояниях для диэлектрической проницаемости -омных соединяемых линий коэффициент связи от частоты зависит. Экспериментальная проверка подтверждает полученные расчетные кривые [195].

При выполнении -соединения с выходпыми плечами на КЛ за областью пересечения с СЩЛ необходимо включать четвертьволновый закороченный шлейф (рис. 2.28, а). Увеличения рабочих частот -соедипения можно достигнуть путем замены шлейфа на круг, вырезанный в слое металла (рис. 2.28,6).

Рис. 2.28. Т-соедипение СЩЛ КЛ с помощью четвертьволнового закороченного шлейфа (а) или круга, вырезанного в слое металла (б); эквивалентная схема (в)

Рис. 2.29. Включение КЛ в СЩЛ (а); эквивалентная схема (б)

Подавление волн высших типов (в особенности волны нечетного типа в КЛ) достигается гальваническим соединением навесной перемычкой в точке А крайних проводников КЛ. Эквивалентная схема, приведенная на рис. 2.28, в, аналогична схеме рис. 2.25, а. Поэтому расчет рассмотренного тройника на КЛ можно проводить по (36).

Т-соединение с входным плечом на КЛ. Тройники с входным плечом на КЛ по принципу работы аналогичны -соединениям с плечами на возбуждение выходных плеч осуществляется синфазно. Кроме того, при разработке этого БЭ необходимо учитывать, что любая простейшая неоднородность, в том числе и микронеоднородности (например, возникающие при технологическом изготовлении приводит к нежелательному возбуждению волны нечетного типа. Поэтому в область -соединения необходимо вводить металлическую перемычку, соединяющую края двух полубесконечных слоев металла КЛ.

Топология и эквивалентная схема тройника с выходом на СЩЛ приведены на рис. 2.29. Полоса рабочих частот данного -соединения

в некоторой степени ограничена большим различием дисперсионных характеристик КЛ и СЩЛ. Это ограничение является принципиальным, и поэтому для обеспечения частотного диапазона свыше октавы необходимо либо подсогласовывать тройник, либо пересчитывать его топологию.

При выполнении выходных плеч на НЩЛ вводится дополнительный разомкнутый четвертьволновый отрезок НПЛ (рис. 2.30, а); эквивалентная схема показана на рис. 2.30, б. Входное сопротивление шлейфа (рис. 2.30, в) определяется помощью (35).

Рис. 2.30. Т-соединенне КЛ - НЩЛ (а); эквивалентные схемы

Рис. 2.31. Т-соединение КЛ НПЛ (а, б); эквивалентная схема (в)

Для увеличения полосы частот проводник НПЛ необходимо закоротить в точке А на край металлической полуплоскости (образующей НЩЛ) сквозь толщу диэлектрического слоя.

С помощью четвертьволпового закороченного отрезка КЛ выполняется тройнпк с выходными НПЛ (рис. 2.31, а). Входное сопротивление отрезка рассчитывается по (36), что и учтено в эквивалентной схеме (рис. 2.31, в). В последнем варианте тройника (рис. 2.31, б) навеспую перемычку можно исключить путем непосредственного замыкания узкнх проводников КЛ и НПЛ через слой диэлектрика (рис. 2.31,б). При этом несколько увеличивается полоса рабочих частот перехода.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление