Воздушная полосковая линия — это форма электрической планарной линии передачи , в которой проводник в виде тонкой металлической полосы подвешен между двумя заземляющими плоскостями . Идея состоит в том, чтобы сделать диэлектриком по существу воздух. Механической опорой линии может быть тонкая подложка, периодические изолированные опоры или разъемы устройств и другие электрические элементы.
Воздушная полосковая линия чаще всего используется на микроволновых частотах, особенно в диапазоне C. Ее преимущество перед стандартной полосковой линией и другими планарными технологиями заключается в том, что ее воздушный диэлектрик позволяет избежать диэлектрических потерь . Многие полезные схемы могут быть построены с помощью воздушной полосковой линии, и в этой технологии также легче добиться сильной связи между компонентами, чем в других планарных форматах. Она была изобретена Робертом М. Барреттом в 1950-х годах.
Воздушная полосковая линия — это форма полосковой линии, использующая воздух в качестве диэлектрического материала между центральным проводником и заземляющими плоскостями . Использование воздуха в качестве диэлектрика имеет то преимущество, что оно позволяет избежать потерь при передаче, обычно связанных с диэлектрическими материалами . [1]
Существует два основных способа создания воздушной полосковой линии. В полосковой линии с диэлектрической поддержкой, также называемой подвешенной полосковой линией или подвешенной подложкой, полосовой проводник наносится на тонкую твердую диэлектрическую подложку, иногда с обеих сторон и соединяется вместе, образуя один проводник. [2] Затем эта подложка зажимается на месте между стенками, поддерживающими две заземляющие плоскости. В этом методе полоса может быть изготовлена с помощью печатных схем, что делает ее дешевой и приводит к дополнительному преимуществу, заключающемуся в том, что другие компоненты могут быть напечатаны на диэлектрике в той же операции. Целью твердого диэлектрика является механическая поддержка проводника, [3] но он сделан как можно тоньше, чтобы минимизировать его электрический эффект. Хрупкая природа подложки означает, что она может легко деформироваться. Из-за этого в конструкции необходимо учитывать проблемы термостабильности. [4] Высококачественные конструкции могут использовать кристаллическую подложку, такую как нитрид бора или сапфир , в качестве подвешенной подложки. [5]
Другой метод строительства использует более прочный сплошной металлический стержень в качестве полосы, поддерживаемый периодически расположенными изоляторами. Этот метод может быть более подходящим для приложений высокой мощности. В таких приложениях углы поперечного сечения проводника могут быть скруглены, чтобы предотвратить возникновение высокой напряженности поля и искрения в этих точках. [6] Изоляторы электрически нежелательны; они отвлекают от цели иметь чисто воздушный диэлектрик, добавляют разрывы в линию и потенциально являются точкой, в которой может произойти трекинг . В некоторых компонентах есть точки, в которых линии необходимо заземлить, либо напрямую, либо через дискретный компонент. В таких схемах эти точки заземления могут также использоваться в качестве механических опор, и необходимость в поддерживающих изоляторах устраняется. [7]
Воздушная полосковая линия находит наибольшее применение на микроволновых частотах в диапазоне C ( 4–8 ГГц ). На этих частотах и ниже [8] она имеет преимущество компактности по сравнению с волноводом . Воздушная полосковая линия может использоваться за пределами диапазона C, но в более высоком диапазоне Ku ( 12–18 ГГц ) волновод имеет тенденцию доминировать из-за его меньших потерь. [9]
На микроволновых частотах пассивные схемы, такие как фильтры , делители мощности и направленные ответвители, как правило, строятся как схемы с распределенными элементами . Эти схемы могут быть построены с использованием любого формата линии передачи . Формат коаксиальной линии , обычно используемый для соединения устройств, использовался для такого рода конструкции устройств, но это не самый удобный формат для производства. Полосковая линия была разработана как лучшее решение для построения схемы, и воздушная полосковая линия также выполняет эту роль. [10] Воздушная полосковая линия особенно полезна в диапазоне C для создания сетей формирования луча из этих компонентов. [11]
Воздушная полосковая линия может достичь сильной косвенной связи в этих компонентах легче, чем другие планарные форматы. В стандартной полосковой линии связь обычно достигается путем прокладки линий бок о бок на некотором расстоянии. Связь между краями линий таким образом относительно слаба и ограничена ближайшим расстоянием, на котором линии могут быть установлены вместе. Этот предел регулируется максимальным разрешением процесса печати и, в силовых приложениях, напряженностью электрического поля между линиями. По этой причине полосковые параллельные связанные линии используются в направленных ответвителях с коэффициентом связи не более −10 дБ . Разветвители мощности с их коэффициентом связи −3 дБ используют метод прямой связи. Воздушная полосковая линия использует альтернативное расположение с линиями, расположенными одна над другой. Эта широкая связь намного сильнее, чем краевая связь, поэтому линии не должны быть так близко, чтобы достичь того же коэффициента связи. В полосковой линии с диэлектрической опорой этого можно достичь, напечатав две линии на противоположных сторонах диэлектрика. Конечно, широкополосная связь может быть достигнута в полосковой линии с заполненным сплошным диэлектриком, а также с помощью методов заглубленной линии, но это требует дополнительных диэлектрических слоев и дополнительных производственных процессов. Другой метод, доступный для воздушной полосковой линии для увеличения связи, заключается в использовании толстых прямоугольных полос для увеличения боковой связи. Это также облегчает механическую поддержку, поскольку линии более жесткие. [12]
Stripline был изобретен Робертом М. Барреттом из исследовательского центра ВВС США в Кембридже в начале 1950-х годов. Воздушная полосковая линия под зарегистрированной торговой маркой Stripline была впервые произведена в коммерческих целях лабораторией Airborne Instruments Laboratory (AIL) в виде подвешенной полосковой линии. Однако с тех пор термин stripline стал общим термином для этой структуры с любым диэлектриком. Неприукрашенный термин stripline теперь, вероятно, будет означать полосковую линию с твердым диэлектриком. Раньше stripline была предпочтительной планарной технологией, но теперь ее заменила microstrip для большинства приложений общего назначения, особенно для изделий массового производства. [13]