Поля в несиметрично – смушковій лінії

Лекція 9

Лінії передач для інтегральних схем.

В інтегральній електроніці використовуються в основному плоскі лінії.

1. Симетрично – смушкова лінія (ССЛ): вона відкрита, тому має втрати.

 

2. Не симетрично – смушкова лінія (НСЛ):

 

 

3. Мікросмушкова лінія (microstrip line) – МСЛ. Тут ємність дуже велика, енергія сконцентрована. Підкладка з діелектрика . Лінія двоповерхова – це не дуже зручно.

 

4. Щілинна лінія (slot line). Вона є одноповерховою:

 

 

5. Компланарний хвильовід – все в одній площині.

 

Поля в несиметрично – смушковій лінії.

Складність розв’язання цієї задачі полягає в тому, що граничні умови тут – нерегулярні; не можна покласти, що на поверхні . Використовують наближені методи; зокрема конформних відображень.

 

Наближення: Існує Т – хвиля (нехтуємо випромінюванням). Використаємо симетрію задачі. Цікавимося випромінюванням на краю.

 

 

Треба розв’язати задачу: знайти розв’язок рівняння Лапласа у верхній площині з напівнескінченним розрізом. Використаємо метод конформних відображень: тут застосовується інтегральне конформне перетворення Кристофеля – Шварца.

 

 

 

Розглянемо ламану лінію, що в точці а змінює напрямок на кут :

 

 

. Якщо є два зломи, то , де , , . В нашій конкретній задачі ламану можна подати у вигляді:

 

Кут відраховується проти годинникової стрілки від наступного напрямку до попереднього. , , перенесемо точки: .

 

 

Проінтегрувавши отримаємо шукане перетворення: . Константи  та  визначаються з умов: , отже . Умовою  ми не можемо скористатися, бо одержимо . Використаємо фізичні міркування:

 

Загальний вид відображення ; бо область інваріанта відносно зсуву вздовж ОХ (трансляційна симетрія).

Зрозуміло, у нашій задачі область при . При перетворення набуває вигляду: . Порівнюючи з , . Отже шукане перетворення: .

Для того, щоб знайти розв’язок у верхній півплощині, необхідно перетворити її в конденсатор, використовуючи перетворення зворотне до : . Тоді відображення, що перетворить вихідну область () (край конденсатора) у конденсатор (), має вигляд: .

Тепер необхідно розв’язати рівняння у плоскому конденсаторі та скористатись зворотнім перетворенням: , . .

 

 

 

 

Таким чином: .

Запишемо рівняння еквіпотенційних поверхонь: .

ЕПП  переходить в .

ЕПП  переходить в .

Таким чином, отримаємо таку картину еквіпотенціальних поверхонь:

 

 

 

 

Тепер знайдемо електричні силові лінії. Ці лінії перпендикулярні ЕПП, однак ми знайдемо їх в аналітичний спосіб. Очевидно, в () такі силові лінії, як на малюнку. Знайдемо образ цих ліній у просторі (). Наприклад, , . Отримаємо картину ЕП в ():

 

 

 

Часто важливо знайти напруженість поля в певній точці: .