《微波技术与天线》第三章 . 微波集成传输线.ppt

Microwave Technology and Antenna copyright@Duguohong 引言 微波传输线分类 TEM模传输线 （双导体传输线） 平行双线、同轴线、带状线及微带线 TE模和TM模传输线（金属波导传输线） 矩形波导、圆波导、椭圆波导 表面波传输线 （混合模） 介质波导、介质镜像线 引言 规则金属波导传输系统的特点 损耗小、结构牢固、功率容量高、电磁波限定在导管内。 比较笨重、成本高、 频带较窄。 微波集成传输线的特点 体积小、重量轻、频带宽 微波集成电路、空间技术 损耗大、功率容量小 主要内容 微带传输线 带状线 微带线（重点） 带状线 带状线的结构 带状线是由同轴线演化而来的：即将同轴线的外导体对半分开后，再将两半外导体向左右展平、 并将内导体制成扁平带线。 中心的导带相当于同轴线的内导体，根据不同的需要，中心导带截面可以是矩形，也可以是圆形；上下金属板是接地板 。 带状线 带状线的场分布 带状线仍可理解为与同轴线一样的对称双导体传输线， 主要传输的是TEM波。 带状线的用途 用于微波无源集成电路，特别适合多层微波集成的中间层。 不便于安装微波半导体器件，不适宜作有源微波器件 。 带状线 带状线基本特点 主模为TEM模。 填充均匀介质，不存在色散。 也可以存在TE和TM的高次模，即有单模传输的频率上限。可由上下接地板的距离来控制。 微带线 传输模式 传输特性 特性阻抗和相速 波导波长 衰减常数 色散特性 微带线的设计 微带线的传输模式 微带线的结构 微带线是由沉积在介质基片上的金属导体带和接地板构成的一个特殊传输系统。 由双导体传输线演化而来：将无限薄的导体板垂直插入双导体中间（因为导体板和所有电力线垂直, 所以不影响原来的场分布）， 再将导体圆柱变换成导体带、 并在导体带之间加入介质材料，从而构成了微带线。 微带线的传输模式 微带线的基本特点 传输准TEM模，特征阻抗、相速、传播常数等可由静态或准静态方法获得。 不是纯TEM模，存在轻微的色散。 采用照相印刷工艺，精度高，工艺重复性好。 微带线的用途 适用于平面电路，适合有源器件的安装。 最适合作微波集成电路的传输线。 微带线的传输模式 微带线的纵向场分量 由于在中心导带和接地板之间加入了介质, 因此在介质基底存在的微带线所传输的波已非标准的TEM波, 而是纵向分量Ez和Hz必然存在。 【证明】由于理想介质表面既无传导电流、又无自由电荷，满足边界条件： 微带线的传输模式 微带线的传输模式 微带线的传输模式 微带线中的主模 准TEM模 微带传输系统中存在两种边界：一种是金属和介质间的边界（蓝色线段），一种是介质和空气间的边界（红色线段） ?微带线内的介质是非均匀的。 空气与介质分界面上必然存在场的不连续。 场沿空气与介质分界面也不均匀。 微带线不能传输 纯TEM 模 由于纵向场分量较小 ? 准TEM模 微带线的传输模式 微带线的传输特性 微带线的特性阻抗和相速 微带线满足传输线方程。 对准TEM模而言, 如忽略损耗： 由于微带线周围不是填充一种介质（其中一部分为基片介质，另一部分为空气），这两部分对相速均产生影响，其影响程度由介电常数ε和边界条件共同决定。 空气微带线：当不存在介质基片（即全部用空气填充)时，这时传输的是纯TEM波。 当微带线周围全部用介质填充，此时传输的也是纯TEM波。 实际介质部分填充的微带线（简称介质微带）的相速必然介于二者之间。 微带线的传输特性 微带线的特性阻抗和相速 用有效介电常数为εe的介质均匀填充微带线，保持它的尺寸和特性阻抗与原来的实际微带线相同。 引入有效介电常数εe ： 1≤εe≤εr。 具体数值由相对介电常数εr和边界条件决定。 微带线的传输特性 微带线的特性阻抗和相速 有效介电常数εe就是全介质填充微带线的分布电容C1和空气微带线的分布电容C0之比。 微带线特性阻抗的计算归结为求空气微带线的特性阻抗Z0a和相对等效介电常数εe。 微带线的传输特性 微带线特性阻抗的计算 导带厚度t=0时 空气微带的特性阻抗Z0a ： 有效介电常数： w/h是微带的形状比，w是微带的导带宽度，h为介质基片厚度。 微带线的传输特性 微带线特性阻抗的计算 工程上有时用填充因子q定义有效介电常数εe 。 q值大小表示介质填充的程度。 q=0 ? εe=1：表示无介质填充。 q=1 ? εe=εr：表示全部介质填充。 将q代入求解εe的公式中，有： 微带线的传输特性 微带线特性阻抗的计算 导带厚度t ≠ 0时 介质微带线的有效介电常数仍可导带厚度t = 0时计算, 但空气微带的特性阻抗Z0α必须修正：因