Микрополосковая линия

На практике наиболее широкое применение находит несколько измененная конструкция НПЛ, называемая микрополосковой линией (рисунок 40). Она отличается от НПЛ тем, что между полоской и экранирующей пластиной помещается подложка из диэлектрика с параметрами , , , а над полоской находится диэлектрик с параметрами , , . Как правило, над полоской используется воздушное заполнение ( , ). Если сравнить передачу энергии по НПЛ и МПЛ, то окажется, что для МПЛ уровень излучения энергии в окружающее пространство гораздо ниже, чем для НПЛ, что связано с концентрацией электромагнитного поля в диэлектрике подложки, особенно при больших значениях .

При передаче энергии по МПЛ электромагнитное поле существует не только в подложке, но и в воздухе. При этом появляются продольные составляющие векторов поля, т.е. по МПЛ в общем случае энергия переносится гибридными волнами ( и ). Однако, как показывает анализ, при достаточно малых по сравнению с длиной волны размерах поперечного сечения МПЛ для основной волны величина продольных составляющих векторов поля оказывается на порядок меньше величины поперечных составляющих, и ими можно пренебречь. Поэтому приближенно можно считать, что структура основной волны в МПЛ (рисунок 40), получившей название квази-ТЕМ, совпадает по структуре с ТЕМ-волной.

Рисунок 40 − Микрополосковая линия и распределение поля в ней

Волна квази-ТЕМ, как и ТЕМ-волна, может распространяться на любых частотах, для нее . Причем, поскольку квази-ТЕМ волна переносит часть энергии в подложке, а часть в воздухе, ее фазовая скорость удовлетворяет неравенству (напомним, что скорость света в идеальном диэлектрике с определяется как ). Чем больше энергии переносится в подложке, тем больше фазовая скорость к скорости света в подложке, и наоборот. Обычно при определении основных характеристик волн в линиях с поперечно неоднородным диэлектрическим заполнением вводят эффективную относительную и эффективную абсолютную диэлектрические проницаемости линии , связанные с фазовой скоростью волны , причем . При и эффективную проницаемость для волны квази-ТЕМ в МПЛ можно определить по формуле, справедливой для :

.

Отсюда следует, что фазовая скорость квази-ТЕМ волны зависит не только от параметров заполняющего диэлектрика, но и от геометрических размеров линии (последнее свойство характерно для Н- и Е-волн в волноводах): при увеличении и или уменьшении фазовая скорость квази-ТЕМ волны в МПЛ уменьшается, поскольку при подобном изменении увеличивается количество энергии, переносимой волной в подложке, и наоборот. Все основные характеристики квази-ТЕМ волны рассчитываются по формулам для ТЕМ-волн путем замены на . Длина волны квази-ТЕМ в МПЛ на частоте рассчитывается по формуле

,

Волновое сопротивление МПЛ рассчитывается по формулам для НПЛ, где заменяется на . Как и в случае с СПЛ, волновое сопротивление МПЛ уменьшается при увеличении , увеличении и , и уменьшении .