32微带线v结构图及场分布

1、第三章平面传输线§3.2微带线双导线演变成微带线金属导带、介质基片Hwte rh结构图及场分布第三章 平面传输线§3.2微带线3.2.1 微带线的主模微带线中的介质是由空气和介质基片组成的“混合”介质，因而电磁场可能存在纵向分量，即可能传输TE模或TM模。 但在基片厚度h<<的条件下，场的纵向分量很小，可以近似地看成是TEM波，故通常说微带线中传输的是准TEM波。3.2.2 特性阻抗、常数和波导波长如果微带线是被均匀介质包围，并把准TEM波当作纯TEM波= 1=v0erL = 1 CvpCvpZ=则cLC第三章 平面传输线§3.2微带线但微带线的介质包

2、括空气和基片介质，故介电常数 不能只用空气的或者基片的，而要用一个等效量进行修 正。C1e=C（3-37)re等效介电常数的定义0 填充空气时的分布电容 实际微带线的等效电容 即把微带线想象成是由单一的、均匀的、相对介电常数为re的介质则的oZcZ=cere填充空气时的特性阻抗Zo =c1v0C0第三章 平面传输线§3.2微带线 等效介电常数re有专门的计算公式 故，如果知道了C0，则特性阻抗可求出。(一)导体带厚度t0时微带线特性阻抗的表示式1. 公式法当t0时，空气介质微带线的特性阻抗的精确表达式= 60p K (k')ZocK (k)第三章平面传输线§3.2微

3、带线ç w4h ÷cèø»120pZo当w/h>1时，ch ö6æwh+ 2.42 - 0.44+ ç1-÷hwwèøpw öù-12 épwæ当w>>h时，Zc » 60p ê1+ 2h + lnç1+ 2h ÷úoèøûë或更精确的公式，öù-1é w1æ woZc » 60p 

4、4;+ln 2peç+ 0.94÷úë2hhè 2høû等效介电常数ere12-e+1e-1æ10hwö（3-44)rr»+ç1+÷èø22当w/h1时，Zo » 60lnæ 8h + w ö第三章 平面传输线§3.2微带线等效介电常数也可写成é-1 ùq » 1 ê1+ æ1+ 10h öe» 1+ q(e-1)2 úú

5、50;û（3.-46)ç÷2 êre2. 图解法rèwø（3-45)êë(1) 已知w/h和r，求ZcZo首先，由图3.3-3查出q和计算cre然后，利用公式(3.3-15)计算w/h 迭代法() 已知Zc和r求微带线3.查表法若给定w/h和r，则可根据P179的表格查出特性阻抗。表中没有的数值用插值法计算如w/h=0.075，则re=1.6619，Zc=219.9611.第三章 平面传输线§3.2微带线(二)导体带厚度不为零时微带线特性阻抗的表示式t0，这时相当于导体带的边缘电容增加了， 等效为导体带宽

6、度增加了w用t=0情况下的公式求特性阻抗时，只要用we=(w +w)代替原公式中的w即可。w的计算w / h £ 1 Dw = t æ ln 4pw +1ö当p ç÷2pèøtDw = t æ ln 2h +1ö1p ç÷w / h ³2p当ètø第三章平面传输线§3.2微带线v0erevp =(3-41)相速度l0erelg =(3-43)波导波长注意使用等效介电常数re第三章 平面传输线§3.2微带线频率不高时，很小3.2.5 损耗

7、a = ac + ad导体损耗、介质损耗和辐射损耗12p当w / h £acZch = 8.68 éæ we ö2 ùé4pw t t öù h h æê1- ç 4h ÷úê1+ w+ pw+÷úw(3-67)ç ln2pèøe èøûRúûëêëse12p当£ w / h £ 2acZch = 8.68

8、éæ we ö2 ùé2ht öù h h æê1- ç 4h ÷úê1+ w+ pwç ln- h ÷ú(3-68)2pèøe èøûRtêëúûëse第三章 平面传输线§3.2微带线当w/ h ³ 2acZch =éùê wewe / phú ´8.68+ê

9、;ú+ 0.94we2Rshìwüéöù2æ wêúe+ ln 2peçe+ 0.94÷íýëûêëøúûþ2hp(3-69)î hè 2hé2ht öùhhæê1+ w+ pw-÷úhç lne ètøûëeæ qer ö tg

10、d(3-74)介质损耗a= 27.3ç e÷ ldB / cmdère øg第三章 平面传输线§3.2微带线3.2.6微带线的色散微带线的色散：微带线的相速、特性阻抗、波导波长等随频率而变化的现象.在高频时会生色散现象，这时除了主模TEM模以外，还存在高次模式TE和TM模根本：有效相对介电常数随频率而变化， 变化规律与w/h有关第三章 平面传输线§3.2微带线当 2 < er0.9 £ w/ h £13,0.5mm £ h £ 3mm条件下< 10,1/ 2æwö

11、ere ( f ) = 3´101+ e )(e-1 hç Zc-6 ()( f -f0 )+ ee÷rrreèhø=0.95Zcf0(er-1)1/ 4(375)hw/ h > 4当1/ 2æöæZwöere ( f ) = 3´101+ e )(e-6 ()( f - f0 )+ ece-1 hç÷ç÷rrreèøè3høZc 不考虑色散时的特性阻抗ere 不考虑色散时的等效相对介电常数第三章 平面传输线&

12、#167;3.2微带线3.2.7 微带线的高次模和微带线的设计频率升高，工作波长小到与微带线的微带线中就会出现高次模：波导模和表面波模抑制的办法：选择合适的微带线1.波导模可以比拟时，波导模存在于所填充的介质中，有TE模和TM模:(1) TE模的最低模式是TE10模，其场结构如图3.3-5a(3-78)截止波长：比较(l )口 = 2ac TE10lc » 2w er第三章 平面传输线§3.2微带线lc » (2w + 0.8h) er当t0时，导体带有效宽度Dw » 0.8h为防止出现TE10模，最短工作波长应大于截止波长> (2w + 0.8h

13、) erlmin(2) TM模的最低模式是TM01模，其场结构如图3.3-5blc » 2her(3-79)截止波长：为防止出现高次模，最短工作波长应大于截止波长h < lmin lmin> 2h er2er第三章 平面传输线§3.2微带线2.表面波模存在于接地板表面附近的介质中、并沿接地板表面 也分TE模和TM模TE模有Ex分量和Hy、Hz分量TM模有Hx分量和Ey、Ez分量对于表面波来说，可以假定所有的场分量在x方向无变化，而只在y向有变化。.模的下标只有一个例如： TE0、 TE1、 TE2; TM0、 TM1、TM2第三章 平面传输线§3.2微

14、带线场量沿y方向的驻波分布不足一个“半驻波”，但有一个最大值场量沿y方向的驻波分布不足两个“半驻波”， 但有两个最大值下标“0”下标“1”a.TE模的最低模式是TE0lc = 4her -1截止波长：(3-81)容易抑制b.TM模的最低模式是TM0lc = ¥截止波长：(3-82)难抑制实际应用中，只有当表面波的相速度与准TEM的相速度相同时，两类模才会产生强耦合，破坏工作状态。第三章 平面传输线§3.2微带线TE模和TM模与准TEM模发生强耦合时的频率分别为3v02=fTE(3-83)8her -1v0 2 4her -1»fTM(3-84)避免准TEM模与高次

15、模发生强耦合的措施：a. 工作频率应低于fTE和fTM两着中的较低者b. 工作频率较高时，采用较小的r和h，以提高fTE和fTM第三章 平面传输线§3.2微带线3.2.8耦合微带线在微带线旁边再加一条导体带即耦合微带线tWWse rh结构图奇、偶模的场分布分别如图3.4-2的(a)和(b)所示第三章 平面传输线§3.2微带线(一).奇模和偶模的特性阻抗导体带厚度t=0时特性阻抗的计算空气填充时，单根导体带对接地板的奇模电容Co(1)， 偶模电容Ce(1)，介质填充时，单根导体带对接地板的奇模电容Co(r)， 偶模电容Ce(r)，则e )C (eor= 1+ q (e-1)=

16、eeo 奇模等效相对介电常数eee 偶模等效相对介电常数eoorCo (1)(3-86)qoqe奇模填充系数偶模填充系数= Ce (er ) =ee-1)1+ qe (eer(3-87)C (1)e第三章 平面传输线§3.2 微带线v0eeo=1= Zco (1)v=奇模特性阻抗Z奇模相速pocovpoCo (er )eeov0eee=1= Zce (1)=vpe偶模特性阻抗Zce偶模相速vpeCe (er )eeeK (k ' )'2Zco (1) = 120po ko =1- ko空气填充时奇模特性阻抗K (ko )K (k ' )Zce (1) = 120pe '2空气填充时偶模特性阻抗ke =1- keK (ke )工程计算中采用查曲线方法第三章 平面传输线§3.2微带线(二).相速度和波导波长v0eeo