微波技术与天线 _第一章17

1、微波技术与天线微波技术与天线作者：作者： 于于 明明 清清日期：日期：2014-02-28微波技术与天线微波技术与天线编著编著曹祥玉曹祥玉高高军军曾越胜曾越胜杨杨芳芳2022-5-281高等学校信息工程类专业规划教材高等学校信息工程类专业规划教材西安电子科技大学出版社西安电子科技大学出版社 Http:/微波技术与天线微波技术与天线作者：作者： 于于 明明 清清日期：日期：2014-02-282022-5-282 回顾回顾 传输线的种类传输线的种类第一章第一章 传输线理论传输线理论微波技术与天线微波技术与天线作者：作者： 于于 明明 清清日期：日期：2014-02-282022-5-283各种微

2、波集成传输线各种微波集成传输线第一章第一章 传输线理论传输线理论微波集成传输线微波集成传输线微波技术与天线微波技术与天线作者：作者： 于于 明明 清清日期：日期：2014-02-282022-5-284微波集成传输线的种类微波集成传输线的种类归纳起来可以分为四大类： 准TEM波传输线, 主要包括微带传输线和共面波导等; 非TEM波传输线, 主要包括槽线、 鳍线等; 开放式介质波导传输线, 主要包括介质波导、镜像波导 半开放式介质波导, 主要包括H形波导、G形波导等。 第一章第一章 传输线理论传输线理论本本 节主要讨论微带传输线及其传输特性。节主要讨论微带传输线及其传输特性。微波技术与天线微波技

3、术与天线作者：作者： 于于 明明 清清日期：日期：2014-02-28第一章第一章 传输线理论传输线理论2022-5-2851.7 微带传输线微带传输线（Microstrip Transmission line）微带传输线的基本结构有两种形式: 带状线和微带线。 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。1.7.1 1.7.1 带状线带状线(Stripline)(Stripline)带状线又称为对称微带线，是一种双接地板空气或固体介质传输线，他可以看成是由同轴线演变而来。bwtEr微波技术与天线微波技术与天线作者：作者： 于

4、于 明明 清清日期：日期：2014-02-28第一章第一章 传输线理论传输线理论2022-5-2861.7 微带传输线微带传输线（microstrip transmission line）1.7.1 1.7.1 带状线带状线(Stripline)(Stripline)由于带状线由同轴线演化而来由于带状线由同轴线演化而来, 因此与同轴线具有相似的因此与同轴线具有相似的特性特性, 这主要体现在其传输主模也为这主要体现在其传输主模也为TEM, 也存在高次也存在高次TE和和TM模。带状线的传输特性参量主要有模。带状线的传输特性参量主要有: 特性阻抗特性阻抗Z Z0 0、衰减常数、衰减常数、相速、相速v

5、 vp p和波导波长和波导波长g g。 1) 特性阻抗特性阻抗Z Z0 0 由于带状线上的传输主模为TEM模, 因此可以用准静态的分析方法求得单位长分布电容C和分布电感L, 从而有式中,相速 (c为自由空间中的光速)。 可知, 只要求出带状线的单位长分布电容C, 则就可求得其特性阻抗。 0Z =/1/ (C)pL Cv1/prvLCc 求解分布电容的方法很多, 但常用的是等效电容法和保角变换法。由于计算结果中包含了椭圆函数而且对有厚度的情形还需修正, 故不便于工程应用。 在这里给出了一组比较实用的公式, 这组公式分为导带厚度为零和导带厚度不为零两种情况。 微波技术与天线微波技术与天线作者：作者

6、： 于于 明明 清清日期：日期：2014-02-28第一章第一章 传输线理论传输线理论2022-5-2871.7 微带传输线微带传输线（microstrip transmission line）1.7.1 1.7.1 带状线带状线(Stripline)(Stripline)(一一) 中心导带厚度中心导带厚度t0时的特性阻抗计算公式时的特性阻抗计算公式002018coshrWpbrZv Care (二二) 中心导带厚度中心导带厚度t0时的特性阻抗计算公式时的特性阻抗计算公式0020-18coshrWpbrtbZv Care （1） 但用上式计算仍然比较麻烦，所以将但用上式计算仍然比较麻烦，所以将

7、Z0与带状线的尺寸关系绘制成与带状线的尺寸关系绘制成曲线，供工程使用。曲线，供工程使用。微波技术与天线微波技术与天线作者：作者： 于于 明明 清清日期：日期：2014-02-28第一章第一章 传输线理论传输线理论2022-5-2881.7 微带传输线微带传输线（microstrip transmission line）1.7.1 1.7.1 带状线带状线(Stripline)(Stripline)带状线特性阻抗随形状参数带状线特性阻抗随形状参数w/b的变化曲线的变化曲线 微波技术与天线微波技术与天线作者：作者： 于于 明明 清清日期：日期：2014-02-28第一章第一章 传输线理论传输线理论

8、2022-5-2891.7 微带传输线微带传输线（microstrip transmission line）1.7.1 1.7.1 带状线带状线(Stripline)(Stripline)2) 2) 带状线的衰减常数带状线的衰减常数带状线的衰减包含两部分：介质衰减和导体衰减。带状线的衰减包含两部分：介质衰减和导体衰减。介质衰减介质衰减d d0001tan (/)227.3tan (/)rdrGZNP mdB m微波技术与天线微波技术与天线作者：作者： 于于 明明 清清日期：日期：2014-02-28第一章第一章 传输线理论传输线理论2022-5-28101.7 微带传输线微带传输线（micro

9、strip transmission line）1.7.1 1.7.1 带状线带状线(Stripline)(Stripline)2.2.导体衰减导体衰减c c300002.7 1030 ()0.16srrcsrRZAZbtRBZZ bp120p 12022121ln0.414141(0.5ln)0.50.72sRWbtbtAbtbttbtWBWtWt 其中其中Rs为表面电阻微波技术与天线微波技术与天线作者：作者： 于于 明明 清清日期：日期：2014-02-28第一章第一章 传输线理论传输线理论2022-5-28111.7 微带传输线微带传输线（microstrip transmission

10、line）1.7.1 1.7.1 带状线带状线(Stripline)(Stripline)带状线传输的主模是带状线传输的主模是TEM模，但若带状线的尺寸选择不当，可能出现高次模，但若带状线的尺寸选择不当，可能出现高次TE模和模和TM模。模。带状线的选择应考虑以下因素：带状线的选择应考虑以下因素：(1) 中心导带宽度Wmin2rW(2) 接地板间距bmin2rb注意注意：为了减少辐射损耗，接地板宽度不应少于(36)W，b/2。微波技术与天线微波技术与天线作者：作者： 于于 明明 清清日期：日期：2014-02-28第一章第一章 传输线理论传输线理论2022-5-28121.7 微带传输线微带传输

11、线（microstrip transmission line）1.7.2 1.7.2 微带微带(Microstrip)(Microstrip)微带又称为标准微带线，是一种单接地板固体介质传输线。带状线微带线带状线和微带线演变示意图带状线和微带线演变示意图微波技术与天线微波技术与天线作者：作者： 于于 明明 清清日期：日期：2014-02-28第一章第一章 传输线理论传输线理论2022-5-28131.7 微带传输线微带传输线（microstrip transmission line）1.7.2 1.7.2 微带微带(Microstrip)(Microstrip)erhwt微带线演变示意图微带线

12、演变示意图微波技术与天线微波技术与天线作者：作者： 于于 明明 清清日期：日期：2014-02-28第一章第一章 传输线理论传输线理论2022-5-28141.7 微带传输线微带传输线（microstrip transmission line）1.7.2 1.7.2 微带微带(Microstrip)(Microstrip)1. 微带的第一个特点是非机械加工，它采用金属薄膜工艺，而不是象带线要做机加工基片打孔蒸发光刻腐蚀电镀微带工艺微带工艺 实物照片实物照片微带的基本特征微带的基本特征微波技术与天线微波技术与天线作者：作者： 于于 明明 清清日期：日期：2014-02-28第一章第一章 传输线理

13、论传输线理论2022-5-28151.7 微带传输线微带传输线（microstrip transmission line）1.7.2 1.7.2 微带微带(Microstrip)(Microstrip)2. 一般地说，微带均有介质填充，因此电磁波在其中传播时产生波长缩短。3. 结构上微带属于不均匀结构。 ererhwwtt微带的有效介电常数微带的有效介电常数 定义定义 r为了处理方便经常提出有效介电常数(它是全空间填充的)，注意是相对的。 微波技术与天线微波技术与天线作者：作者： 于于 明明 清清日期：日期：2014-02-28第一章第一章 传输线理论传输线理论2022-5-28161.7 微

14、带传输线微带传输线（microstrip transmission line）1.7.2 1.7.2 微带微带(Microstrip)(Microstrip)0gr010rZZ为了便于分析，将微带等效为均匀微带，等效条件是为了便于分析，将微带等效为均匀微带，等效条件是g g、Z Z0 0也是相同的。即也是相同的。即：Z Z0 0是介质微带的特征阻抗，是介质微带的特征阻抗， Z Z0101是空气微带的特征阻抗。是空气微带的特征阻抗。4. 4. 严格说来，微带不是严格说来，微带不是TEMTEM波传输线，可称之为准波传输线，可称之为准TEMTEM模模( (QuasiQuasiTEM mode)TEM

15、 mode)，然而作为工程分析，这种概念和精度已足够满足要求。同样，然而作为工程分析，这种概念和精度已足够满足要求。同样，它也是宽带结构它也是宽带结构。微波技术与天线微波技术与天线作者：作者： 于于 明明 清清日期：日期：2014-02-28第一章第一章 传输线理论传输线理论2022-5-28171.7 微带传输线微带传输线（microstrip transmission line）1.7.2 1.7.2 微带微带(Microstrip)(Microstrip)5. 5. 容易集成。用来制作微波集成电路。和有源器件、半导体管构容易集成。用来制作微波集成电路。和有源器件、半导体管构成放大、混频和

16、振荡电路成放大、混频和振荡电路。常用的基片有两种：常用的基片有两种： 氧化铝氧化铝AlAl2 2O O3 3陶瓷陶瓷 r r=90=909999 聚四氟乙烯或聚氯乙烯聚四氟乙烯或聚氯乙烯 r r=2.50=2.50左右。左右。工程上，常常认为微带线中近似传播工程上，常常认为微带线中近似传播TEM波，所以波，所以 0L1=CpZv C微波技术与天线微波技术与天线作者：作者： 于于 明明 清清日期：日期：2014-02-28第一章第一章 传输线理论传输线理论2022-5-28181.7 微带传输线微带传输线（microstrip transmission line）1.7.2 1.7.2 微带微带

17、(Microstrip)(Microstrip)1=LCpecv其中，其中，vp 是微带中的相速。根据等价定义：是微带中的相速。根据等价定义： 式中，式中，c 是真空中的光速，是真空中的光速，e为介质的有效介电常数为介质的有效介电常数。若介。若介质为空气，其分布电容为质为空气，其分布电容为C C0 0，则有，则有0eCC说明介质的有效介电常数等于填充说明介质的有效介电常数等于填充介质的电容与充空气时的电容之比。介质的电容与充空气时的电容之比。则：则： 10012001Z=eCZZC（）求求Z0和和vp的问题变成求的问题变成求C0和和C的问题。的问题。这样问题就简单多了。这样问题就简单多了。微波

18、技术与天线微波技术与天线作者：作者： 于于 明明 清清日期：日期：2014-02-28第一章第一章 传输线理论传输线理论2022-5-28191.7 微带传输线微带传输线（microstrip transmission line）1.7.2 1.7.2 微带微带(Microstrip)(Microstrip)可以求出微带的特征阻抗和介质的有效介电常数（近似公式）可以求出微带的特征阻抗和介质的有效介电常数（近似公式）0160ln(8)411(1 12)0.04(1)22rrrehWZWhhWWhW/hW/h=1 窄带窄带01/21201.3930.667ln1.444 /1111 1222rrreZ