微波集成电路基础学习教案.pptx

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1、会计学1微波微波(wib)集成电路基础集成电路基础 第一页，共60页。2211 概 述Microstrip 微微带带Slot-line 槽线槽线Suspended 悬置悬置(xun zh)微微带线带线Coplanar Waveguide(CPW)共面波导共面波导(b do)第2页/共60页第二页，共60页。传输线的几个重要传输线的几个重要(zhngyo)参数参数n n传输线的模式；n n工作(gngzu)模式；高次模n n传输线的特性阻抗；n n传输线的传播常数（衰减常数，相位常数)；3第3页/共60页第三页，共60页。微带线微带线第4页/共60页第四页，共60页。第5页/共60页第五页，共6

2、0页。6 微带线工作(gngzu)模式准准TEM TEM 模。模。微带线中存在的是微带线中存在的是TE-TMTE-TM混合波场，其纵向场分量主要是由介质混合波场，其纵向场分量主要是由介质-空气分界面处的边缘场空气分界面处的边缘场ExEx和和HxHx引起的，它们引起的，它们(t men)(t men)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TEMTEM模相差很小模相差很小第6页/共60页第六页，共60页。7无色散(ssn)微带的分析微带线的分析：给定微带宽高比W/H和基片的相对介电常数r，计算特性阻抗

3、(zkng)Z0;首先求出均匀媒质微带线阻抗(zkng)（即抽去微带线的基片介质，全部空气填充）：第7页/共60页第七页，共60页。8有效介电常数实际上是把中心导带上下的介质全部(qunb)等效为均匀介质，而使得微带线的电容保持不变。它的范围为：当基片相对介电常数(ji din chn sh)为r，有效介电常数(ji din chn sh)为：第8页/共60页第八页，共60页。9上式中：无色散(ssn)情况下，微带线的特性阻抗为 第9页/共60页第九页，共60页。10微带线的综合：给定所需的特性阻抗Z0，和基片的相对介电常数，计算(j sun)微带的宽高比W/H。，即宽微带情况时 第10页/共

4、60页第十页，共60页。11 ，即窄微带情况(qngkung)时 第11页/共60页第十一页，共60页。利用软件计算利用软件计算(j sun)12第12页/共60页第十二页，共60页。微带线的工作频率范围微带线的工作频率范围(fnwi)n n准TEM波和最低表面波寄生(jshng)模之间产生强耦合时的频率：n n其中，的单位是GHz，的单位是mm。13第13页/共60页第十三页，共60页。悬置悬置(xun zh)微带线微带线n n悬置微带线的损耗比微带线小。常用(chn yn)于滤波器设计。第14页/共60页第十四页，共60页。悬置微带的几何悬置微带的几何(j h)结构结构第15页/共60页第

5、十五页，共60页。悬置悬置(xun zh)微带的特性阻抗微带的特性阻抗第16页/共60页第十六页，共60页。带状线介质带状线介质(jizh)分布分布耦合带线的奇/偶模传播常数相同。常用于制作宽带(kun di)耦合线定向耦合器。第17页/共60页第十七页，共60页。带状线的特性阻抗带状线的特性阻抗第18页/共60页第十八页，共60页。槽槽 线线n n槽线的传播(chunb)模式不是TEM波，是横电波(TE)。第19页/共60页第十九页，共60页。共面波导共面波导(b do)第20页/共60页第二十页，共60页。鳍线基片结构鳍线基片结构(jigu)第21页/共60页第二十一页，共60页。双面鳍线

6、双面鳍线第22页/共60页第二十二页，共60页。传输线特性传输线特性(txng)比较比较第23页/共60页第二十三页，共60页。212介质介质(jizh)基基片与导体材料片与导体材料n n基片是电磁场传输的媒质，又是电路支撑体。对基片的基片是电磁场传输的媒质，又是电路支撑体。对基片的要求是微波损耗小、表面光滑、硬度强、韧性好、价格要求是微波损耗小、表面光滑、硬度强、韧性好、价格低。在微波混合集成电路中最常用的介质基片是聚四氟低。在微波混合集成电路中最常用的介质基片是聚四氟乙烯纤维环氧树脂板、氧化铝陶瓷板和石英基片。乙烯纤维环氧树脂板、氧化铝陶瓷板和石英基片。n n聚四氟乙烯纤维环氧树脂板价格便

7、宜，双面用热压法覆聚四氟乙烯纤维环氧树脂板价格便宜，双面用热压法覆以铜膜，可以直接光刻腐蚀电路，加工简便，广泛用于以铜膜，可以直接光刻腐蚀电路，加工简便，广泛用于微波集成电路。微波集成电路。n n氧化铝陶瓷板的介质损耗小，表面光洁，适用氧化铝陶瓷板的介质损耗小，表面光洁，适用(shyng)(shyng)于较高频段，而且介电常数高，制作的于较高频段，而且介电常数高，制作的MICMIC小巧精致。小巧精致。但是氧化铝陶瓷板需真空镀膜，加工复杂，成本高。但是氧化铝陶瓷板需真空镀膜，加工复杂，成本高。第24页/共60页第二十四页，共60页。n n对微带线金属膜材料的基本要求是：电导率高、稳定不对微带线金

8、属膜材料的基本要求是：电导率高、稳定不氧化、刻蚀性好、容易焊接、容易淀积或电镀，对基板氧化、刻蚀性好、容易焊接、容易淀积或电镀，对基板附着力强。附着力强。n n对于对于(duy)MIC(duy)MIC来说，最常用的金属材料是铜与金。这来说，最常用的金属材料是铜与金。这两种材料对介质基板附着力差，聚四氟乙烯纤维板是把两种材料对介质基板附着力差，聚四氟乙烯纤维板是把铜膜用热压法粘附。陶瓷基板，则需要先蒸发一层附着铜膜用热压法粘附。陶瓷基板，则需要先蒸发一层附着力强的铬，其厚度要远小于趋肤深度，应该在力强的铬，其厚度要远小于趋肤深度，应该在1 OOA1 OOA左左右，然后蒸发金，再镀铜和镀金加厚至右

9、，然后蒸发金，再镀铜和镀金加厚至5 5倍趋肤深度以上。倍趋肤深度以上。这样的组合结构中，导电层是铜和金。典型的导体组合这样的组合结构中，导电层是铜和金。典型的导体组合有：铬金、钛一金、钽一金。对于有：铬金、钛一金、钽一金。对于(duy)MMIC(duy)MMIC砷化镓砷化镓基片，常用铬一金、钛铂一金、钛一钯一金。基片，常用铬一金、钛铂一金、钛一钯一金。第25页/共60页第二十五页，共60页。262.3 微带电路(dinl)的不均匀性第26页/共60页第二十六页，共60页。27第27页/共60页第二十七页，共60页。微带元件微带元件(yunjin)n n微带线段第28页/共60页第二十八页，共6

10、0页。n n高阻抗(zkng)线等效电路n n低阻抗(zkng)线等效电路高高/低阻抗低阻抗(zkng)线等效电路线等效电路第29页/共60页第二十九页，共60页。开路开路(kil)短截线短截线当分支线长度(chngd)酿op90。，即机械长度(chngd)小于4时，则等效为容抗。第30页/共60页第三十页，共60页。短路短路(dunl)短截线短截线当分支(fnzh)线长度酿sh90。，即机械长度小于4时，则等效为感抗。第31页/共60页第三十一页，共60页。微带开路终端可等效为把理想开路端向外延伸(ynshn)一小段l微带线不连续性元件微带线不连续性元件(yunjin)微带开路终端第32页/

11、共60页第三十二页，共60页。截角直角截角直角(zhjio)弯弯头头 直角弯头截角后反射更小，相对于不截角的直角弯头，更为实用。对于50微带线，图中的a的数值(shz)一般认为取1.8W比较合适。第33页/共60页第三十三页，共60页。如果l计算出来为负数，表示微带线等效(dn xio)长度的缩短量。其中(qzhng)第34页/共60页第三十四页，共60页。两段不同阻抗(zkng)的传输线级联，在微带电路中的连接处即为一阶梯跳变 阶梯阶梯(jit)跳变跳变第35页/共60页第三十五页，共60页。两段不同阻抗的传输线级联，在微带电路中的连接处即为一阶梯(jit)跳变(r10,1.5W2/W110

12、)(r=9.6,3.5W2/W110)第36页/共60页第三十六页，共60页。T型结在微带电路中也是一种(y zhn)常用结构 T型结型结第37页/共60页第三十七页，共60页。等效电路各元件(yunjin)的计算公式 第38页/共60页第三十八页，共60页。其中We为微带线的等效(dn xio)宽度，为波导波长，f为频率(GHz)，H为基片厚度(mm)，Z1、Z2微带线阻抗，变量上方加一横线表示微带线 a和b的参量即几何平均值，例如第39页/共60页第三十九页，共60页。仿真软件中的微带基本仿真软件中的微带基本(jbn)电路电路第40页/共60页第四十页，共60页。2.4 阻抗阻抗(zkng

13、)变换器变换器第41页/共60页第四十一页，共60页。第42页/共60页第四十二页，共60页。第43页/共60页第四十三页，共60页。第44页/共60页第四十四页，共60页。L型匹配型匹配(ppi)网络网络第45页/共60页第四十五页，共60页。功率分配器功率分配器功率分配器功率分配器(简称功分器简称功分器简称功分器简称功分器)和耦合器可以完成和耦合器可以完成和耦合器可以完成和耦合器可以完成(wn(wn chng)chng)功率分配或功率组合。在功率分配器中，一个功率分配或功率组合。在功率分配器中，一个功率分配或功率组合。在功率分配器中，一个功率分配或功率组合。在功率分配器中，一个输入信号被分

14、成两个或多个较小的功率信号。耦合器输入信号被分成两个或多个较小的功率信号。耦合器输入信号被分成两个或多个较小的功率信号。耦合器输入信号被分成两个或多个较小的功率信号。耦合器可以是有耗或无耗三端口器件，或者是四端口器件。可以是有耗或无耗三端口器件，或者是四端口器件。可以是有耗或无耗三端口器件，或者是四端口器件。可以是有耗或无耗三端口器件，或者是四端口器件。三端口网络采用三端口网络采用三端口网络采用三端口网络采用T T型结和其他功分形式，而四端口网型结和其他功分形式，而四端口网型结和其他功分形式，而四端口网型结和其他功分形式，而四端口网络采用定向耦合和混合网络形式。功分器通常采用等络采用定向耦合和

15、混合网络形式。功分器通常采用等络采用定向耦合和混合网络形式。功分器通常采用等络采用定向耦合和混合网络形式。功分器通常采用等分分分分(3dB)(3dB)形式，但也有不等分的情况。定向耦合器则形式，但也有不等分的情况。定向耦合器则形式，但也有不等分的情况。定向耦合器则形式，但也有不等分的情况。定向耦合器则可以设计为任意功率分配比，但混合网络一般是等功可以设计为任意功率分配比，但混合网络一般是等功可以设计为任意功率分配比，但混合网络一般是等功可以设计为任意功率分配比，但混合网络一般是等功率分配。混合结在输出端口之间有率分配。混合结在输出端口之间有率分配。混合结在输出端口之间有率分配。混合结在输出端口

16、之间有9090。(正交正交正交正交)或或或或l 80l 80。相移。随着微波集成电路的快速发展，以平面传输线相移。随着微波集成电路的快速发展，以平面传输线相移。随着微波集成电路的快速发展，以平面传输线相移。随着微波集成电路的快速发展，以平面传输线应用为基础的新型功分器和耦合器的开发也得到了迅应用为基础的新型功分器和耦合器的开发也得到了迅应用为基础的新型功分器和耦合器的开发也得到了迅应用为基础的新型功分器和耦合器的开发也得到了迅速的发展。本节将主要介绍以微带电路为主的速的发展。本节将主要介绍以微带电路为主的速的发展。本节将主要介绍以微带电路为主的速的发展。本节将主要介绍以微带电路为主的Wilki

17、nsonWilkinson功分器、直接耦合式定向耦合器、分支线耦功分器、直接耦合式定向耦合器、分支线耦功分器、直接耦合式定向耦合器、分支线耦功分器、直接耦合式定向耦合器、分支线耦合器合器合器合器(也称为分支电桥也称为分支电桥也称为分支电桥也称为分支电桥)、LangeLange耦合器和混合环耦合耦合器和混合环耦合耦合器和混合环耦合耦合器和混合环耦合器器器器(也称为环形电桥也称为环形电桥也称为环形电桥也称为环形电桥)。25 功率(gngl)分配器和耦合器第46页/共60页第四十六页，共60页。2 25 51 Wilkinson1 Wilkinson功率功率功率功率(gngl(gngl)分配器分配器

18、分配器分配器n n在微波集成电路中，Wilknson功率分配器是最常用的功分器。Wil心nson功分器的每个输出端口具有宽频带和等相位的特性。Wilknson功分器可以制成任意功率分配比，但常用还是等分(3dB)的情况，下面我们将分别(fnbi)讨论。47第47页/共60页第四十七页，共60页。等分等分Wilkinson功分器功分器48工作工作(gngzu)带寛大约带寛大约1个倍频程。个倍频程。第48页/共60页第四十八页，共60页。不等分不等分Wilkinson功分器功分器49第49页/共60页第四十九页，共60页。N路路Wilkinson功分器功分器50第50页/共60页第五十页，共60页

19、。耦合器耦合器51第51页/共60页第五十一页，共60页。带状线定向带状线定向(dn xin)耦合器耦合器52第52页/共60页第五十二页，共60页。分支分支(fnzh)线定向耦合器线定向耦合器53第53页/共60页第五十三页，共60页。阻抗变换阻抗变换(binhun)分支线定向耦合器分支线定向耦合器54第54页/共60页第五十四页，共60页。Lange耦合器耦合器55第55页/共60页第五十五页，共60页。Lange耦合器耦合器56第56页/共60页第五十六页，共60页。混合环耦合器混合环耦合器57第57页/共60页第五十七页，共60页。宽带宽带(kun di)3dB混合混合环耦合器环耦合器58第58页/共60页第五十八页，共60页。宽带宽带(kun di)3dB混合环耦合器混合环耦合器59第59页/共60页第五十九页，共60页。感谢您的观看(gunkn)！第60页/共60页第六十页，共60页。