微波技术-第4章微波集成传输线.ppt

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1、4.14.1 带状线带状线4.24.2 微带线微带线第四章 微波集成传输线第四章 微波集成传输线平面形结构导行系统，平面形结构导行系统，-微波集成传输线微波集成传输线。要求微波电路和系统要求微波电路和系统小型小型轻量轻量性能可靠性能可靠第四章 微波集成传输线微波集成微波集成传输线传输线体积小、体积小、重量轻、重量轻、价格低廉、价格低廉、可靠性高、可靠性高、性能优越、性能优越、功能的可复制性好功能的可复制性好+微波固体芯片微波固体芯片混合微波混合微波集成电路集成电路单片微波单片微波集成电路集成电路优点优点第四章 微波集成传输线 1 1带状线的基本概念带状线的基本概念构成：两块接地板（相距为构成：

2、两块接地板（相距为b），），中间为矩形截面导体中间为矩形截面导体带（宽度为带（宽度为W、厚度为厚度为t），），板间填充空气或介质。板间填充空气或介质。4.1 4.1 带状线带状线第四章 微波集成传输线替代同轴线制作高性能的无源元件；替代同轴线制作高性能的无源元件；用途：用途：特点：特点：缺点：缺点：宽频带、高宽频带、高Q值、高隔离度；值、高隔离度；不便外接固体微波器件，不便外接固体微波器件，-不宜做有源微波电路。不宜做有源微波电路。传输波型：传输波型：工作模式为工作模式为 TEM TEM 波，可存在高次模。波，可存在高次模。同轴线同轴线-内外导体变成矩形，外窄边延伸至无限远内外导体变成矩形，外

3、窄边延伸至无限远-带状线。带状线。第四章 微波集成传输线尺寸选择：尺寸选择：接地板宽度：接地板宽度：以避免高次以避免高次 TE TE 模和模和 TM TM 模的出现模的出现。第四章 微波集成传输线TEMTEM模，模，则相速度与频率无关，为，则相速度与频率无关，为:式中式中 为自由空间波长。为自由空间波长。2 2带状线的带状线的TEMTEM特性特性传播常数为：传播常数为：则其波导波长或带状线波长为则其波导波长或带状线波长为:(1)(1)相速度和波导波长相速度和波导波长第四章 微波集成传输线用保角变换法求用保角变换法求(2)(2)特性阻抗特性阻抗可精确计算出单位长度电容可精确计算出单位长度电容Cl

4、,-,-过程复杂，不易使用，过程复杂，不易使用，一般采用比较简单的方法。一般采用比较简单的方法。则导带的宽度应为则导带的宽度应为对于对于TEMTEM波传输线的特性阻抗为：波传输线的特性阻抗为：考虑到边缘场的影响，导带应加宽，两边圆弧，其半径考虑到边缘场的影响，导带应加宽，两边圆弧，其半径为为R，一般取一般取 ；第四章 微波集成传输线微带线微带线：平面型传输线平面型传输线 4.2 微带线导带导带接地板接地板介质介质 MMIC(monolithic microwave integrated circuit)单片微波集成电路单片微波集成电路 HMIC(hybrid microwave integra

5、ted circuit)混合微波集成电路混合微波集成电路第四章 微波集成传输线上面为上面为导体带导体带（宽度（宽度W、厚度为厚度为t）下面为下面为接地金属平面接地金属平面介质基片介质基片（厚度为（厚度为h h）容易制作容易制作（可用光刻程序制作）（可用光刻程序制作）容易集成容易集成（可与其它无源微波电路和有源微（可与其它无源微波电路和有源微波电路器件集成），由此可实现微波部件和波电路器件集成），由此可实现微波部件和系统的集成化系统的集成化。形状：形状：特点：特点：平面型传输线平面型传输线第四章 微波集成传输线介质基片材料：介质基片材料：第四章 微波集成传输线故故场场大部分场大部分场集中集中在介

6、质基片内在介质基片内，集中在导体带与接地板，集中在导体带与接地板之间；但有之间；但有一部分在空气中一部分在空气中。由于。由于空气和介质中的空气和介质中的TEMTEM模模的相速不同的相速不同（c c 和和 ），即），即相速在两分界面上对相速在两分界面上对TEMTEM模不匹配模不匹配。在在导体带上面导体带上面即即yhyh的为的为空气空气导体带下方导体带下方y h区域为区域为介质基片介质基片第四章 微波集成传输线微波线中存在的是微波线中存在的是TE-TMTE-TM混合波场混合波场，其纵向场分量，其纵向场分量主要是由介质主要是由介质-空气分界面处的边缘场空气分界面处的边缘场E Ex x和和H Hx x

7、引起的，引起的，它们与导体带和接地板之间的横向分量场相比很小，它们与导体带和接地板之间的横向分量场相比很小，所以微带线中传输模的特性与所以微带线中传输模的特性与TEMTEM模相差很小，称模相差很小，称之为之为准准准准TEM TEM TEM TEM 模模模模。准静态法色散模型法全波分析法分析方法第四章 微波集成传输线e e0e er1.1.微带线的准微带线的准TEM TEM 波特性波特性准静态方法准静态方法将其模式看成纯将其模式看成纯TEM模，模，引入有效介电常数为引入有效介电常数为e ee的的均匀介质代替微带线的混均匀介质代替微带线的混合介质合介质。Wth微带线中的场为准微带线中的场为准TEM

8、TEM，其场基本上与静态情况下相同。其场基本上与静态情况下相同。在等效模型中，在等效模型中，由于电力线部分在介质基片内，部分在空气由于电力线部分在介质基片内，部分在空气中，显然有：中，显然有：的大小取决于基片厚度的大小取决于基片厚度h 和导体带宽度和导体带宽度W。第四章 微波集成传输线e e0e erWth在等效模型中，微带线的相移常数为：在等效模型中，微带线的相移常数为：1）传输相速与波导波长）传输相速与波导波长传播相速和波导波长为：传播相速和波导波长为：第四章 微波集成传输线e e0e er微带线的单位长度电容微带线的单位长度电容Cl；介质基片换成空气微带线单位长度电容介质基片换成空气微带

9、线单位长度电容Cla ；由模型：由模型：Wth是空气微带线的特性阻抗。是空气微带线的特性阻抗。式中式中则有：则有：第四章 微波集成传输线t t=0=0导体带空气微带线的特性阻抗导体带空气微带线的特性阻抗 可用保角变换可用保角变换法求得：法求得：式中式中K(k)K(k)和和K(kK(k)分别是第一类全椭圆积分和一类分别是第一类全椭圆积分和一类余全椭圆积分余全椭圆积分,此类函数复杂故不易使用。此类函数复杂故不易使用。2)2)特性阻抗及等效介电常数特性阻抗及等效介电常数 求空气微带线的特性阻抗求空气微带线的特性阻抗 求解有效介电常数求解有效介电常数 (再由上式可求得特性阻抗再由上式可求得特性阻抗Z0

10、)微带线特性阻抗的求解：微带线特性阻抗的求解：第四章 微波集成传输线哈梅斯泰特用对精确静态解作曲线拟合近似得到的特性哈梅斯泰特用对精确静态解作曲线拟合近似得到的特性阻抗公式（可用于阻抗公式（可用于CAD）(t=0)：-P115-P115在在0.05 W/h 16范围内，上式的精度优于范围内，上式的精度优于1%1%。第四章 微波集成传输线如如t0,可等效为导体带宽度加宽为可等效为导体带宽度加宽为We，修正公式为修正公式为(t h,t=(56)h；接地板宽度取接地板宽度取a=(56)W。为抑制高次模，微带线的横向为抑制高次模，微带线的横向尺寸应选择为尺寸应选择为第四章 微波集成传输线例：例：计算在

11、计算在 相移的微带线相移的微带线的宽度和长度。其基片的宽度和长度。其基片解：对于解：对于5050W W的线，查表的线，查表4.2-1(P116)4.2-1(P116)，t=0.01,t=0.01,则线宽为则线宽为900 相移的线长为相移的线长为:20.65 mm3.556 mm第四章 微波集成传输线l l/4/4波长变换器波长变换器负载负载单支节单支节短路器短路器负载负载第四章 微波集成传输线分支线带通滤波器分支线带通滤波器微带低通滤波器微带低通滤波器第四章 微波集成传输线微带线的拐角微带线的拐角第四章 微波集成传输线lADSlCadencelMicrowave office第四章 微波集成传输线