电磁场与微波第5章上 微波传输线

1、电磁场与微波第5章 上 微波传输线 电磁场与微波 第5章 微波传输线 第5章 微波传输线 李丽华 电磁场与微波 第5章 微波传输线 引言微波传输线：用来传输微波信号和微波能量的传 输线。 微波传输线可分为三类: 1.tem模传输线(包括准tem模传输线) 2.te模和tm模传输线 3.表面波传输线,其传输模式一般为混合模 电磁场与微波 第5章 微波传输线 tem模传输线 准tem模 te模和tm模传输线 表面波传输线 介质波导 介质镜像线 电磁场与微波 第5章 微波传输线 平行双线用于传输低频微波能量和信号;当频率提高到其波长和两根导线间的距离可以相 比时,电磁能量会通过导线向空间辐射出去,损

2、耗随之增加,频率愈高,损耗愈大,因此在微波的高频段,平行 双线不能用来作为传输线。 典型的平行双线： 连接天线和电视机的扁平馈线 计算机的usb延长线 电源线 固定电话线 平行双线 电磁场与微波 第5章 微波传输线 同轴线传输线所传输的电磁波频率范围较平行双线高,适用于厘米波段，是目前常用的微波传输线。 若频率连续提高,同轴线的横截面尺寸必需相应减 小,才能保证它只传输tem模,这样会导致同轴线的导体 损耗增加,传输功率容量降低。因此同轴线又不能传输 更高频率的电磁波,一般只适用于厘米波段。典型的应用： 有限电视网卫星地面接收站 高速局域网同轴线 电磁场与微波 第5章 微波传输线 波导(空心金

3、属管)当横截面尺寸与工作波长满意 肯定关系时，可以传输电磁波。是微波波段常用的传输线。在低频段不采纳波导来传输能量，否则尺 寸太大，重量太重 矩形波导 圆波导 缺点：频带窄 采纳脊波导加宽频带 电磁场与微波 第5章 微波传输线 电子产品的进展方向“小” 优点：体积小，重量轻，频带宽缺点：损耗大，功率容量小 主要用于小功率的微波系统 微 带 电磁场与微波 第5章 微波传输线 带状线 带状线可以看做三层微带传输线 电磁场与微波 第5章 微波传输线 5.5 带状线带状线由一条厚度为t,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。中心导带的四周媒质可以是空气,也可以是其它

4、介质。带 状线中传输的主模为tem模。 带状线 电磁场与微波 第5章 微波传输线 优点：具有平面结构 小型轻巧，性能牢靠 便于集成化 电磁场与微波 第5章 微波传输线 缺点：损耗大、功率容量小，主要用于小功率微波系统 传输主模：tem模 电磁场与微波 第5章 微波传输线 电磁场与微波 第5章 微波传输线 一、特性阻抗tem模传输线特性阻抗的计算公式为l1 1 z0 c1 v pc1布电容;vp为带状线中tem模的传播速度。 (321) 式中l1和c1分别为带状线单位长度上的分布电感和分 零厚度中心导带带状线特性阻抗的精确公式： 30k (k ) z0 r k (k ) (322) 电磁场与微波

5、 第5章 微波传输线 式中 ：k (k ) 1 30k (k ) z0 r k (k )0 1 k ( k ) k sec h 0 dx (1 x 2 )(1 k 2 x 2 )1/ 2 为第一类完全椭圆积分 dx (1 x 2 )(1 k 2 x 2 )1/ 2为第一类余全椭圆积分 为模数 2b2 k 1 k th 2b 为余模数 电磁场与微波 第5章 微波传输线 结论： 尺寸w/b,t/b越大，特性阻抗z0越低 中心导带四周介质的介电常数越大，特性阻抗 z0越低 电磁场与微波 第5章 微波传输线 二、带状线尺寸的设计考虑1.带状线的尺寸必需满意关系式： min min ,b 2 r 2 r

6、 (323) 带状线中才能保证只传输tem模 式中min为最短工作波长。2.接地板宽度d和接地板间距b必需满意： d (3 6) , b 2 (324) 电磁场与微波 第5章 微波传输线 5.6 微带传输线介质基片的一边为中心导带,另一边为接地 板,其基片厚度为h,中心导带的宽度为w。 电磁场与微波 第5章 微波传输线 电磁场与微波 第5章 微波传输线 制作工艺：先将基片(最常用的是氧化铝)研磨、 抛光和清洗,然后放在真空镀膜机中形成一层 铬-金层,再利用光刻技术制成所需要的电路, 最终采纳电镀的方法加厚金属层的厚度,并装 接上所需要的有源器件和其它元件,形成微带 电路。 电磁场与微波 第5章 微波传输线 一、微带线中的主模 对于空气介质的微带线, 四周是匀称的空 气,因此它可以存在无色散的tem模。 实际的微带线是制作在介质基片上的, 由于存在空气和介质的分界面,只能存在te模和 tm模的混合模。在微波波段的低频端由于场的色散现象很 弱,传输模式类似于tem模,故称为准tem模。 电磁场与微波 第5章 微波传输线 二、微带线的特性阻抗在