Microwave-Chap03-B§3-2 microstrip.ppt

§3-2 微带线 微带线结构： 由介质基片一边的导体带和基片另一边的接地板所构成 导体带（宽为w，厚为t）和接地板常由金、银、铜等良导体构成， 介质基片（厚为h） 常用金红石、99％Al2O3瓷、石英或蓝宝石等低损耗介质 §3-2 微带线 * 一、微带线中的模式： §3-2 微带线 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 实际的微带线只是在导体带与接地板之间填充有?r1的介质基片,而其余部分为空气，在微带线的横截面上存在着介质与空气的交界面。 此时任何模式的场除应满足介质与理想导体的边界条件外，还应满足两种不同介质的边界条件，即电场强度和磁场强度的切向分量连续性条件，纯的TEM波无法满足，必然存在纵向分量。 因此，微带线中传输的模式是由TE模和TM模组合而成的具有色散特性 的混合模式“准TEM波” * 采用如图所示的坐标系(x,y,z) §3-2 微带线——一、微带线中的模式： （ 1 代表介质基片区域 ， 2 代表空气区域） E和H的切向分量应连续，即： D和B的法向分量应连续，即： 根据两种理想介质边界条件可知 * 介质边界两边电磁场均满足无源Maxwell方程组 Ex1＝Ex2 §3-2 微带线——一、微带线中的模式： 设介质两侧的相移常数均为?，沿＋z方向传播的相移传播因子为e－j?z ,则： * 同理，由 因为Hy1?0， 所以当?r ? 1，等式右端不为0 故磁场的纵向分量不为0 可见，当Ey2?0且?r ? 1时，电场的纵向分量也不为0。 但是当频率不很高时，由于微带线基片厚度h远小于微带波长， 此时纵向分量很小，色散效应也较小，其场结构近似于TEM模， 因此一般称之为准TEM模，（但不同于纯TEM波，具有色散特性） 由于存在纵向分量Ez和Hz，因此微带线中不存在纯TEM波 由 §3-2 微带线——一、微带线中的模式： * 二、微带线的特性阻抗 §3-2 微带线 微带线周围全部用相对介电常数为?r的介质填充时，传输的是纯TEM波，如不记损耗，则 相速度： ，特性阻抗： 当微带线中不存在介质基片（即空气填充）时，传输的也是纯TEM波， 相速度 实际的微带线是含有介质和空气的混合介质系统， 其相速必然介于上述两者之间，为此引入等效相对介电常数?re， 令 ，特性阻抗为： 设： C0为填充空气时对应微带线的分布电容 C1为实际的混合介质微带线的分布电容 则有 ?re的物理意义：实际有介质基片的微带分布电容C1与去掉介质基片后的无介质微带分布电容C0之比 * 特性阻抗为： 关键：求出静态场情况下的分布电容C0与C1 则微带线的相速为： §3-2 微带线—— 二、微带线的特性阻抗 （1）导体带厚度为0时： 其中q称为填充系数 由此可求得Zc，但相当繁琐。 工程中，常利用Zc0、q与w/h的关系曲线或查表格来求Zc，或由给定的Zc和?r来确定w/h * 若给定w/h和?r，求Zc 首先，在纵坐标上找到w/h对应的位置，做平行于横轴的直线 与Zc0的曲线和h的曲线分别相交，对应横坐标读数分别为Zc0和h §3-2 微带线—— 二、微带线的特性阻抗 * 若给定Zc和?r，求w/h 过横坐标上Zc0点作垂线，与Zc0曲线相交点对应的纵坐标即为w/h 初始，令?re＝?r 过此w/h作平行于横坐标轴的直线，与q曲线相交，可求得q值 利用?r和q值，可求得 可求得新的 重复上述过程，直至相邻两次计算的?re值相对误差小于1% 再由?re确定w/h即可 §3-2 微带线—— 二、微带线的特性阻抗 * （2）导体带厚度不为0时： 将t?0的时导体带的实际宽度w，用相当于t＝0时的等效宽度We来代替， 就可以利用前述t＝0时的公式计算 其中 ?w也可利用如图曲线求出 §3-2 微带线—— 二、微带线的特性阻抗 三、相速度和波导波长 V0为自由空间中的光速 ?re为相对介电常数 ?0为自由空间中的波长 * §3-2 微带线 四、微带线的损耗 微带线中的损耗包括导体损耗、介质损耗和辐射损耗三部分； 若尺寸选择合适，频率不是很高，则辐射损耗很小，可忽略不计 * §3-2 微带线 五、微带线的色散特性 微带线中实际是由TE模和TM模组合的混合模式 当频率不很高时，可以将准TEM波当作纯TEM波处理 随着频率的增高，纵向分量增大，必须考虑微带线的色散特性 即，Zc、vp、?g和?re等均随频率而变