Параллельный пятиканальный сумматор мощности на МПЛ

Для изготовления подложек с повышенной диэлектрической проницаемостью используется высокочастотная конденсаторная керамика

 марок ТМ и ТЛ. Эксплуатационные характеристики (малое водопоглощение, широкий диапазон рабочих температур) незначительно отличаются от характеристик глиноземистой керамики.

Подложки гибридно-интегральных СВЧ-схем изготавливают также из ситаллов - продуктов кристаллизации стекол особых составов, способных при обработке превращаться в микрокристаллический материал, по объему которого равномерно распределены мельчайшие кристаллы, соединенные тонкой пленкой остаточного стекла. Ситаллы имеют незначительную пористость, очень малое водопоглощение и низкую газопроницаемость, высокую термостойкость, возможность получения поверхностей с очень высоким качеством обработки. По твердости они превосходят стекло, обычную керамику и металлы. К недостаткам ситаллов следует отнести малую теплопроводность.

Толщину подложки выбирают из ряда стандартных значений (0.25, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0 мм) исходя из требований к прочности, стоимости и габаритам. Толщина органических подложек, как правило, больше, чем неорганических, вследствие их сравнительно малой прочности. Толщину подложки затем уточняют исходя из электрических характеристик ответвителя.

Материал подложки и  ее толщина во многом определяют габариты и стоимость микрополоскового устройства, величину потерь энергии в нем, степень  соответствия параметров спроектированного устройства заданным, климатические характеристики и надежность схемы. Выбор подложки производят на основе многофактроного критерия оптимальности, учитывающего все требования ТЗ. В условиях неполной информации о предъявляемых требованиях при выборе материала подложки следует руководствоваться следующими соображениями:

•  На сравнительно низких частотах (до 3 ГГц) обычно используют органические подложки (стеклотекстолит, арилокс, фторопласт). При этом стеклотекстолит, как самый дешевый материал, используется в тех случаях, когда затухание волны в диэлектрике не имеет решающего значения.

•  На более высоких частотах используют материалы с малыми потерями (фторопласт, поликор, плавленый кварц и т. д.).

•  Более высокая степень миниатюризации получается при использовании материалов с высокой диэлектрической проницаемостью.

•  На частотах выше 10 ГГц с целью увеличения размеров элементов и облегчения изготовления устройства целесообразно использовать материалы с малой диэлектрической проницаемостью и малыми потерями (например, фторопласт).

Проводящее покрытие на обе стороны подложки наносят  как во время ее изготовления (фольгирование  прессованием), так и после изготовления (электрохимическое покрытие, вакуумное  напыление). Очень важную роль играет прочность сцепления покрытия с диэлектриком, которая колеблется в зависимости от материала подложки и способа нанесения покрытия от 150 до 1000 Н/м.

На подложки из органических материалов проводящее покрытие, как 

правило, наносится горячим прессованием (плакированием). При этом наименьшая прочность сцепления получается для фторопласта ФФ-4, а наибольшая - для стеклотекстолита. Материал покрытия органических диэлектриков, как правило, - медная фольга толщиной 30 ... 50 мкм. Материал фольги для покрытий - медь электролитическая ФМЭ, ФМЭО (оксидированная), ФМЭОШ (оксидированная повышенной шероховатости). Одна поверхность фольги выполняется шероховатой, вторая (наружная) - гладкой (не ниже 8-го класса чистоты обработки).

На неорганические диэлектрики покрытие наносится, как правило, методом вакуумного испарения, электрохимическим методом или приклейкой фольги.

 

 Прочность сцепления  покрытия с подложкой зависит  от способа его нанесения и  находится в пределах от 2 МПа  при электрохимическом нанесении до 15 МПа при вакуумном напылении. Для увеличения прочности сцепления покрытия с подложкой используются адгезионные слои из хрома, нихрома, ванадия, титана, тантала, которые наносят на подложку перед нанесением основного покрытия. Толщина адгезионного слоя должна быть много меньше глубины проникновения поля в металл с тем, чтобы основная часть тока протекала по медному покрытию, не увеличивая существенно затухание в полосковой линии.

Для защиты медных проводников  от окисления под воздействием атмосферы их иногда покрывают тонким (0.25... 0.5 мкм) слоем серебра, золота или олова (лужение). В табл. 2 указаны основные электрофизические параметры некоторых металлов: их проводимость <т, поверхностное сопротивление слоя толщиной 600 нм Rs, теплопроводность K_t , температура плавления Өо: твердость по Бринелю H_B и плотность ρ.

 Дискретные элементы крепятся к полосковой схеме с помощью пайки. Сама подложка может крепиться к корпусу устройства также с помощью пайки, специальными проводящими клеями (контактолами) или механически (винтами). Различают две группы припоев - твердые (с температурой кристаллизации более 300 °С) и мягкие (с меньшей температурой кристаллизации). Предел прочности твердых припоев при растяжении -100... 500 МПа, мягких - 16... 100 МПа.

 

 

 

 
4.Электрический и геометрический расчет элементов и устройства в целом.Расчет параметров и характеристик спроектированного устройства.

Волновое сопротивление  четвертьволнового отрезка выбирается равным Ом, где N – число выходов. Развязка выходов определяется по формуле:

 

Мощность распределяется между каналами в соотношении 

Теперь произведем топологический расчет микрополоскового устройства.

Методика расчета МПЛ  заключается в следующем:

а) выбирается диэлектрик подложки МПЛ с параметрами h и .

Для отсутствия паразитных типов волн необходимо выполнить  условие:

_где - выражена в ГГц., h – в мм.

 

 

     

б) при определении размеров по заданному значению Z_в  следует пользоваться формулами:

 

здесь

0.41      

г) толщина проводников t выбирается из условия:

       

где - глубина скин-слоя.     

Параметр А определяется из таблицы :

 

Металл	А		Металл	А
Серебро	2.031	8.019	Железо	5.033	19.869
Медь отожженная	2.090	8.250	Олово	5.400	21.314
Алюминий	2.675	10.560	Свинец	7.264	28.679
Латунь	4.180	16.500	Ртуть	15.576	61.494

 

 

д) длинна волны в МПЛ определяется по формуле:

       

здесь - длинна волны в воздухе.

е) потери в МПЛ определяются

_,

здесь   - потери в диэлектрике,   

- потери в металле,    

- потери на излучение.   

В формулах - тангенс диэлектрических потерь,

_,      

где параметр В определяется из таблицы.

 

 

 

 

                      

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.Графичесская  часть