微波技术与天线 -第一章1.7

微波技术与天线编著曹祥玉高军

曾越胜杨芳2024/7/81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Http://2024/7/82

回顾传输线的种类第一章传输线理论2024/7/83各种微波集成传输线第一章传输线理论微波集成传输线2024/7/84微波集成传输线的种类归纳起来可以分为四大类：①准TEM波传输线,主要包括微带传输线和共面波导等;②非TEM波传输线,主要包括槽线、鳍线等;③开放式介质波导传输线,主要包括介质波导、镜像波导

④半开放式介质波导,主要包括H形波导、G形波导等。第一章传输线理论本节主要讨论微带传输线及其传输特性。第一章传输线理论2024/7/851.7微带传输线（MicrostripTransmissionline）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带状线(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。bwtEƐr第一章传输线理论2024/7/861.7微带传输线（microstriptransmissionline）1.7.1带状线(Stripline)由于带状线由同轴线演化而来,因此与同轴线具有相似的特性,这主要体现在其传输主模也为TEM,也存在高次TE和TM模。带状线的传输特性参量主要有:特性阻抗Z0、衰减常数α、相速vp和波导波长λg。1)特性阻抗Z0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。

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。第一章传输线理论2024/7/871.7微带传输线（microstriptransmissionline）1.7.1带状线(Stripline)(一)中心导带厚度t→0时的特性阻抗计算公式(二)中心导带厚度t≠0时的特性阻抗计算公式但用上式计算仍然比较麻烦，所以将Z0与带状线的尺寸关系绘制成曲线，供工程使用。第一章传输线理论2024/7/881.7微带传输线（microstriptransmissionline）1.7.1带状线(Stripline)带状线特性阻抗随形状参数w/b的变化曲线第一章传输线理论2024/7/891.7微带传输线（microstriptransmissionline）1.7.1带状线(Stripline)2)带状线的衰减常数α带状线的衰减包含两部分：介质衰减和导体衰减。1.介质衰减αd其中，λ0为真空中的波长（m），tanδ为介质损耗角正切。第一章传输线理论2024/7/8101.7微带传输线（microstriptransmissionline）1.7.1带状线(Stripline)2.导体衰减αc其中Rs为表面电阻第一章传输线理论2024/7/8111.7微带传输线（microstriptransmissionline）1.7.1带状线(Stripline)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TE模和TM模。带状线的选择应考虑以下因素：(1)中心导带宽度W(2)接地板间距b注意：为了减少辐射损耗，接地板宽度不应少于(3~6)W，b«λ/2。第一章传输线理论2024/7/8121.7微带传输线（microstriptransmissionline）1.7.2微带(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。带状线和微带线演变示意图第一章传输线理论2024/7/8131.7微带传输线（microstriptransmissionline）1.7.2微带(Microstrip)微带线演变示意图第一章传输线理论2024/7/8141.7微带传输线（microstriptransmissionline）1.7.2微带(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实物照片微带的基本特征第一章传输线理论2024/7/8151.7微带传输线（microstriptransmissionline）1.7.2微带(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。微带的有效介电常数定义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。第一章传输线理论2024/7/8161.7微带传输线（microstriptransmissionline）1.7.2微带(Microstrip)为了便于分析，将微带等效为均匀微带，等效条件是λg、Z0也是相同的。即：Z0是介质微带的特征阻抗，Z01是空气微带的特征阻抗。

4.严格说来，微带不是TEM波传输线，可称之为准TEM模(Quasi—TEMmode)，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。第一章传输线理论2024/7/8171.7微带传输线（microstriptransmissionline）1.7.2微带(Microstrip)5.容易集成。用来制作微波集成电路。和有源器件、半导体管构成放大、混频和振荡电路。

常用的基片有两种：氧化铝Al2O3陶瓷

r=90～99

聚四氟乙烯或聚氯乙烯

r=2.50左右。工程上，常常认为微带线中近似传播TEM波，所以第一章传输线理论2024/7/8181.7微带传输线（microstriptransmissionline）1.7.2微带(Microstrip)其中，vp是微带中的相速。根据等价定义：式中，c

是真空中的光速，εe为介质的有效介电常数。若介质为空气，其分布电容为C0，则有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。则：求Z0和vp的问题变成求C0和C的问题。这样问题就简单多了。第一章传输线理论2024/7/8191.7微带传输线（microstriptransmissionline）1.7.2微带(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）W/h<=1窄带第一章传输线理论2024/7/8201.7微带传输线（microstriptransmissionline）1.7.2微带(Microstrip)微带损耗也是包含介质损耗和导体损耗，与带状线类似。另外，微带的工作频率也同样受到限制，与微带的结构参数有关。式中，h的单位为