微波技术基础_3_微波集成传输线教案.ppt

* * * * * * * * * * * 3.1 带状传输线 3.2 微带线 3.3 耦合微带线 3.4 共面波导 内容提要 * 微波集成传输线 在介质基片的一面上制作出中心导带，并在紧邻中心导带的两侧制作出地板，而介质基片另一面没有导体层覆盖。 为了使电磁场更集中于中心导体带和接地板所在面的空气和介质的交界处，应采用高介电常数的材料作为介质基片。 * 共面波导 共面波导中心导体与接地板位于同一平面内，对于需要并联安置的元器件很方便。 共面波导传输的是准TEM模。 * 共面波导 Size: 30 ×33mm2 , bandwidth: 3-14 GHz, gain: 3-7 dBi Miniaturized UWB antenna * 在基片敷有导体层的一面上开出一个槽而构成一种微带电路，而在介质基片的另一面没有导体层覆盖。 为使电磁场更集中于槽的附近，并减少电磁能量的辐射，应采用高介电常数的介质基片。 槽线中传输的是波导模。 槽线 * * * * * 带状线 * * 只要求出电容C，特性阻抗Zc就可以就可以求出。求电容C的方法有多重，其中比较常见的是利用复变函数中的保角变换法求电容C，不详细推导，仅给出结果和曲线，便于使用和查阅。 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 北京交通大学 Beijing Jiaotong University 微波技术基础 微波集成传输线 * 内容：介绍带状线、耦合带状线、微带、耦合微带线的主要特性，理解微带传输线的基本概念和性质，了解微带传输线设计方法。 重点：微带线的传输模式和色散特性。 难点：耦合带状线的主要特性。 教学大纲 * 3.1 带状传输线 3.2 微带线 3.3 耦合微带线 3.4 共面波导 内容提要 * 微波集成传输线 3.1 带状传输线 3.2 微带线 3.3 耦合微带线 3.4 共面波导 微波集成传输线 内容提要 * 带状线的结构是由一条厚度为r，宽度为w的矩形截面的中心导带和上、下两块接地板构成。两接地板的距离为b。中心导带的周围媒质可以是空气或其它介质。 带状线 带状线结构图 主模场结构 * 带状线(Stripline) 可以看作是同轴线的变形。把同轴线外导体分别向上下左右方向展平，再把内导体变成扁平带状，当中心导带距离左右两侧边距离足够远时，可去掉两侧边，即构成了带状线。在演变过程中场矢量分布在其横截面而无纵向分量，因此带状线传输的主模仍是TEM模。 同轴线 扁带同轴线 带状线 带状线 * 一、特性阻抗 假设导体为理想导体，填充均匀、无耗、各向同性介质，带状线结构沿纵向均匀，横截面尺寸与工作波长相比很小，可采用静态场的分析方法求特性阻抗。 L：带状线单位长度上的分布电感 C：带状线单位长度上的分布电容 vp：带状线中TEM模的传播速度。 带状线 * 中心导带厚度为零时的特性阻抗 导带的厚度 ，利用保角变换法可求得特性阻抗的精确表达式为： K(·)为第一类完全椭圆积分，k为模数，k’为补模数。 k与带状线的尺寸w和b有关。 带状线 * 二、相速度和波导波长 带状线的主模为TEM模 波导波长为: 为自由空间中的波长 带状线 传播速度为: * 三、带状线的损耗和衰减 带状线的辐射损耗忽略不计，损耗主要取决于导体（包括接地板）损耗和介质损耗。 带状线 * 四、带状线的功率容量 带状线的传输功率受两个因素制约： 介质本身的击穿强度（与峰值功率相对应） 介质本身所能承受的最高温升（与平均功率相对应） 带状线难以传输较大功率，尤其在中心导带的棱角处最易发生电击穿。把棱角改为光滑的圆角以提高功率容量。 带状线 * 3.1 带状传输线 3.2 微带线 3.3 耦合微带线 3.4 共面波导 内容提要 * 微波集成传输线 带状线可以看成是由同轴线演变而成的，那么微带线则可看作是由平行双线演变而来的。 * 微带线 一、微带线中的模式 微带线 介质与空气分界面处，电场强度、磁场强度的切向分量应该连续，即： 电位移矢量、磁感应强度的法向分量应该连续： * 得： 因为 Hy≠0，所以当 er≠1 时，等式右边不为零，因此左边也不等于零，即磁场纵向分量不为零。 同理可知，电场纵向分量也不为零。 利用边界条件求解方程组： * 微带线 因此： 若导体带和接地板之间没有填充介质基片（即填充空气）或者整个微带线被一种均匀的介质全部包围，则TEM模为主模。 但实际上的微带线是制作在介质基片上的，虽然仍然是双导体系统，但由于存在空气和介质的分界面，而只能存在具有纵向场分量的TE模和TM模的混合模。 * 微带线 在微波波段的低频端，这种混合模的纵向场分量很小，色散现象很弱，传输模式类似于TEM模，故称为准TE