Щілинна лінія. Види щілинної лінії

До смужкових ліній передачі відносяться також щілинні та копланарні лінії передач. Щілинна лінія буває симетрична та несиметрична.

Рисунок 2.1 - Симетрична щілинна лінія

2.2 Симетрична щілинна лінія

Щілинна лінія(ЩЛ) (симетрична щілинна лінія) уявляє собою вузьку щілину у провідному шарі,який нанесено на поверхню діелектричної підкладки. Друга поверхня підкладки залишається вільною від металізації. Поперечний переріз щілинної лінії зображено на Рисунку 2.2.1.

Рисунок 2.2.1- Поперечний переріз щілинної лінії

Основна хвиля лінії за характером близька до хвилі Н₁₀ прямокутного хвилеводу. Силові лінії електричного поля спрямовані перпендикулярно до щілини. Завдяки використанню підкладок з високим значенням діелектричної проникності досягають концентрування поля основної хвилі в підкладці близ щілині і зменшення втрат енергії на випромінення. Порівняно з МСЛ щілинна лінія має більший хвилевий опір при рівних геометричних параметрах. Тому, ЩЛ використовують в пристроях,де необхідно забезпечити великі значення хвилевого опору. В ЩЛ сильніше ніж в МСЛ проявляється дисперсія. Втрати у провідниках ЩЛ нижче, тому що струм розподілено по більшій поверхні. Конструкція лінії і характер основної хвилі обумовлює зручність приєднання вздовж щілини різноманітних зосереджених елементів. Крім того,щілинна лінія може використовуватись разом із МСЛ, яка нанесена на зворотній бік підкладки.
У щілинній лінії і копланарному хвилеводі тип коливань відмінний від Т - хвилі, в них існує подовжнє і поперечне магнітні поля.
За допомогою щілинної лінії можна легко отримати високий хвилевий опір за рахунок розширення щілини.
Зупинимося детальніше на щілинній лінії.
Слід звести наклеп поняття хвилевого опору щілинній лінії. Оскільки поле в щілинній лінії не потенційне, хвилевий опір тут вводиться як хвилевий опір лінії, еквівалентний хвилеводу. Тут же дана крива хвилевого опору несиметрична мікросмужній лінії. (Рисунок 2.2.2,2.2.3)

Рисунок 2.2.2- залежність ефективної діелектричної проникності від відносної ширини щілини на різних частотах

Рисунок 2.2.3- Залежність хвильового опору щілинної лінії від частоти

Лінії електричного поля (при ) концентруються у підложці, а магнітного поля – мають вид еліпсів,переходящіх у криві типу «сідло» Рисунку 2.2.4., утворюючи таким чином основну хвилю СЩЛ,що нагадує конструкцію поля хвилі типу Н₁₀ прямокутного хвилеводу.

Рисунок 2.1.4-Щілинна лінія магнітного поля

Розподіл струму в шарі на металевих полу плоскостях (Рисунку2.2.5) – експоненціальне.

Рисунок 2.2.5 - Експоненціальний розподіл струму

Для розрахунку параметрів СЩЛ необхідно знати основні компоненти електричного та магнітних полів. При напругу між кромками нескінченно протяжної регулярної щілини можна замінити еквівалентним лінійним магнітним струмом. При цьому подовжня складова магнітного поля для будь-якої точки простору поза щілиною записується у вигляді вирушаючої хвилі
(5)
(6)
де - функція Ханкеля першого роду n-го порядку, -подовжнє хвильове число, - хвильове число для повітря, - довжина хвилі у СЩЛ, - ефективна діелектрична проникність СЩЛ.
Поперечна складова поля СЩЛ у циліндричних координатах визначаються з рівнянь Максвела наступним чином

, (7)
. (8)
Використовуючи властивості функції Ханкеля й умову , визначимо відстань від плоскості щілини до місця знаходження плоскості кругової поляризаціі
. (9)
Напругу в довільній крапці шару метала нормоване на напругу в щілині, визначається таким чином
(10)

При розрахунках ефективної діелектричної проникності і хвильового опору СЩЛ часто використовується модель лінії з електричними і магнітними стінками(Рисунку 2.2.6),це дозволяє з відомою мірою точності представити СЩЛ у вигляді прямокутного хвилеводу і вирішити завдання в прямокутних координатах.

Рисунок 2.2.6 - Лінії з електричними і магнітними стінками

Хвилеводні моделі зображені на мал.2.2.6, передбачають поширення хвилі без втрат в подовжньому напрямі СЩЛ. Введення електричних стінок на відстані a, рівному половині довжини хвилі, і магнітних стінок симетрично осьової лінії щілини на чималій відстані b, не спотворюють в СЩЛ компоненти поля. В результаті з первинної структури ми виділили ділянку, яку можна розглядати як прямокутний хвилевід, з ємкісною діафрагмою, розміщеною на діелектричній підкладці. У подібній структурі повний спектр хвиль, задовольняючий граничним умовам, складається з хвиль

для для .

Хвилі і всі вищі типи хвиль в хвилеводі без дієлектрика не поширюються, оскільки величина а менше половини довжини хвилі в повітрі. У дієлектріке поширюються хвилі , а поширення вищих типів хвиль залежить від ширини хвилеводу а.
За умови "поперечного резонансу" полів сума реактивної провідності в плоскості діафрагми має бути рівною нулю

. (11)

де - реактивна провідність у плоскості діафрагми (х=0) зі сторони підложки товщиною d, - зі сторони повітря.
Треба відзначити, що в назві щілинної лінії є термінологічна неточність. З цієї точки зору щілинна лінія є хвилеводом.
У електродинаміці і техніці свч хвилеводом прийнято називати тракт, структура поля якого має подовжні складові полів Е та Р (металевий, діелектричний,лучевий хвилеводи). З цієї точки зору щілинна лінія є хвилеводом.