Полосковые волноводы Глава 5

§ 5.1. Изготовление полосковых волноводов

Для передачи энергии СВЧ применяются полоско­вые волноводы. Они более просты в изготовлении, име­ют малый вес и габариты по сравнению с полыми и коаксиальными волноводами. '

Двухмерная конфигурация полоскового проводника не только упрощает конструкцию, но и позволяет соз­дать малогабаритные и более на­дежные устройства.

Полосковые волноводы целе­сообразно применять в схемах, когда необходимо в малых объе­мах сконцентрировать большое число функциональных устройств, работающих на частотах 1 — 12 Г гц при среднем уровне мощ­ности до 5 вт. Использование та­ких узлов в приемопередающих устройствах СВЧ позволяет сни­зить их объем на 30—50% по сравнению с объемом устройств, выполненных на полых волново­дах.

Поперечные сечения часто применяемых типов по­лосковых волноводов (несимметричного и симметрично­го) показаны на рис. 5.1.

Уменьшить линейные размеры полосковых волново­дов можно, если использовать для заполнения рабочего объема твердый диэлектрик. Выбор диэлектрического материала определяется условиями работы аппаратуры: диапазоном частот, допустимыми весом и габаритами,

климатическими условиями и требуемой механической прочностью.

В табл. 5.1 приведены характеристики диэлектриков полосковых волноводов.

Для изготовления полосковых волноводов можно ис­пользовать способы, примняемые при производстве печат­ных схем. В табл. 5.2 приведены основные способы изго­товления полосковых волноводов и их характеристики. При изготовлении необходимо обеспечить: 1) минималь­ную шероховатость поверхностей и прямолинейность границ полосковых проводников; 2) минимальное и ста­бильное удельное сопротивление поверхностных слоев металла; 3) высокую точность воспроизведения рисунка.

Широко применяется фотохимический способ с пред­варительной гальванохимической металлизацией поверх­ности диэлектрика. Схема технологического процесса приведена на рис. 5.2.

Вначале создают шероховатость на поверхности ди­электрической платы. Для этого можно использовать следующие виды обработки: пескоструйную, с помощью зернения и обработку ультразвуковыми колебаниями в водной суспензии абразива. Создание шероховатости не­обходимо для увеличения силы сцепления металла по­крытия с поверхностью диэлектрика, способы химиче­ской и электрохимической металлизации которого не отличаются от используемых при производстве низко­частотных схем.

При металлизации поверхность металла полностью воспроизводит очертания поверхности диэлектрика. В ре­зультате токонесущая поверхность получается заведомо шероховатой, что ведет к росту активных потерь в полосковом волноводе.

Шероховатость поверхности диэлектрика влияет не только на величину активных потерь. Она определяет минимально достижимую ширину полоскового провод­ника, зазор между проводниками, регулярность границы и силу сцепления проводника с поверхностью диэлектри­ка. Качество изображения полосковых проводников при нанесении фотослоя на металлизированную и неметалли- зированную поверхности диэлектрика определяется так­же их шероховатостью.

Неравномерная толщина фотослоя, обусловленная шероховатостью поверхности диэлектрика, является при­чиной нерегулярности границ полоскового проводника.

Полосковые проводники, полученные рассматривае­мым способом, представляют собой сложную многослой­ную структуру (рис. 5.4). В результате активации на по­верхности диэлектрика образуется каталитически актив­ная пленка серебра, на которую нанесен слой химически восстановленной меди толщиной 3—5 мкм, затем — слои гальванической меди 25—35 мкм и гальванич. ского се­ребра толщиной 10—15 мкм.

Вследствие скинэффекта токонесущими являются по­верхностные слои полоскового проводника (см. рис. 5.4), т. е. слои химически восстановленной меди и гальвани­ческого серебра.

Поскольку слой химически восстановленной меди то­конесущий, его удельное сопротивление существенно влияет на затухание в полосковом волноводе. Исследо­вания показывают, что это сопротивление осадков хи­мически восстановленной меди зависит от состава рас­твора, из которого она осаждается, и режимов осажде­ния.

На рис. 5.5 представлены кривые зависимости удель­ного сопротивления осадков химически восстановленной меди, полученных из растворов различных составов, от температуры, при которой протекает осаждение. Для всех растворов они имеют одинаковый характер.

При активации поверхности диэлектрика на ней появ­ляется каталитически активная пленка серебра. При на­несении меди на границе раздела медь — серебро обра­зуется сплав этих металлов. С ростом температуры рас­твора скорость образования сплава, а следовательно, и толщина промежуточной пленки увеличиваются. В ре­зультате возрастает удельное сопротивление осадка.

Взаимное смещение кривых р=ф(t°С) для осадков