带状线和微带线.ppt

1、08:55:25，A，1 a，1，带状线和微带线，廖同庆，安徽大学电子科学与技术学院，A，2，矩形截面，这是最早使用的导向系统之一，现在广泛使用。高功率系统、毫米波系统、精密测试系统、矩形波导、A、3、TM波(E波)、边界条件、B、A、X、Y、Z、理想导体表面、电“站”、在Z常数的横截面中，导波场具有驻波分布的特性。每个场分量的振幅系数d取决于激发的强度。任何一对m和n的值对应于一个基本波函数，这是一个本征解，所以这些波函数的组合也应该是方程(48)的解，所以方程的通解是(56)，a，5，2的场结构。te10模式(2)，a，b，X，y，X，电场只有Ey分量，不随y变化，但随X正弦变化。磁场结构

2、为，z，(60)，A，6，2.TE10模式(3)，磁场在xz平面上为闭合椭圆曲线，h x随x正弦变化，h z随z余弦变化，Hx和Hz在一侧有半驻波分布。圆形波导管，圆形波导管是一种空心金属管。用圆柱坐标系来处理圆波导是很方便的。我们仍然采用矩形波导的思想，从公式(24)开始。仅，(69)，(24)，A，9，圆波导中的TM波，得到，(1)有限值条件：波导中任何地方的场都是有限值，(。2，0，使用边界条件确定系数，A，10，是Jn(u)的第I个零，它必须是Jn(u)的零。(3)边界条件：理想导体壁，在ra处，纵向电场Ez(r，z)的通解为，11，TM波，其中umn为m，TM波的通解为：A，12。这

3、种表示考虑了圆波导的轴对称性，因此场的偏振方向是不确定的，这使得导波的场分布有两种可能的分布：cosm和sinm，它们独立存在，彼此正交，并且具有相同的截止波长，并且构成相同导模的偏振简并模。同轴线，同轴线是一种典型的双导体传输系统，它由两个同轴导体柱组成，中间有一个支撑介质。A，14，同轴线中的主模TEM模，如图所示，采用圆柱坐标系。和，因为，得到了势函数满足横向平面上的拉普拉斯方程：A，15，边界条件为：应用分离变量法的一般解：A，16，和，是单值条件：波导中任何地方的场必须是单值(周期边界)，n0，1，2，A，11。A，18，A，19，所以电场为：磁场为：A，20，同轴瞬变电磁导模场结构

4、，E，H，A，21，传输特性，相速度和波导波长，瞬变电磁：相速度，波导波长，A .同轴线路中的高阶模，同轴线路中的TM波，边界条件：同轴线路中的理想导体壁，ra，B，A，26，n1，2，A，27，TE波，边界条件：ra，B，A，28，n1，n1处的理想导体壁从以上分析可以看出，同轴线中最低的子波导模式是TE11。其中min是最小工作波长。(固定b不变)，A，30，(固定b不变)，A，31，微波集成传输线，常规金属波导传输系统具有损耗小，结构牢固，功率容量大，电磁波局限在导管内等优点，但其缺点是相对较重，高频批量成本高，频带窄等。随着航空航天工业的发展，要求微波设备体积小，重量轻，可靠性高，性能

5、优越。 一致性好且成本低，这导致微波技术与半导体器件和集成电路的结合，产生微波集成电路。，A，33，基本要求，微波集成传输元件的基本要求之一是它必须具有平面结构，这样它的传输特性可以通过调整单个平面的尺寸来控制，从而实现微波电路的集成。A，34可分为四类：准TEM波传输线，主要包括微带传输线和共面波导；非透射电磁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、镜面波导和半开放式介质波导，主要包括H形波导和G形波导。A，35，微带传输线，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变而来的，即在同轴线的外导体被分成两半后，两个外导体被左右压扁，内导体被制

6、成扁平的带状线。显然，带状线仍然可以理解为像同轴线一样的对称双导体传输线，它主要传输瞬变电磁波。A，36，微带线，是一种由沉积在介质基片上的金属导体条和接地板组成的特殊传输系统，可以看作是由双导体传输线演化而来，即无限薄的导体板垂直插入两个导体之间，A，37，由于导体板垂直于所有的电力线，它不影响原有的场分布，然后导体柱被转换成导体条，在导体条之间加入介质材料，从而形成微带线。38，带状线，也称为三板线，由两个距离为b的接地板和中间宽度为w、厚度为t的矩形截面导体组成，接地板之间填充均匀的介质或空气。从前面的分析可以看出，带状线是由同轴线演化而来的，所以它具有与同轴线相似的特性，这主要体现在它

7、的传输主模是透射电子显微镜，还有高阶的透射电子显微镜和透射电子显微镜。带状线的传输特性参数主要包括：1。带状线，A，39。由于带状线上的传输模式是透射模式，所以单位长度的分布电容c和分布电感l可以通过准静态分析方法获得，从而可以获得相速度(c是自由空间中的光速)。根据上述公式，只要得到单位长度带状线的分布电容c，就可以得到它的特性阻抗。1)特性阻抗Z0，A，40。求解分布电容的方法很多，但常用的是等效电容法和共形变换法。由于计算结果中包含椭圆函数，且厚度需要修正，不便于工程应用。本文给出了一组实用公式，分为两种情况：导带厚度为零和导带厚度不为零。A，41，(1)当导带厚度为零时的特性阻抗计算公

8、式，其中我们是中心导带的有效宽度，当导带厚度不为零时的特性阻抗计算公式由以下公式给出：0w/b0.35 (0.35-w/b) 2w/b0.35，A，42，(2)，A，43，计算带状线特性阻抗的计算程序由MATLAB编写，计算结果如图所示。从图中可以看出，带状线的特性阻抗随w/b和t/b的增大而减小，特性阻抗，A，44，2)带状线的衰减常数带状线的损耗包括中心导带导体和接地板引起的导体损耗，两个接地板之间填充的介质损耗和辐射损耗。因为带状线的接地板通常比中心导带大得多，所以带状线的辐射损耗可以忽略不计。因此，带状线的衰减主要由导体损耗和介质损耗引起，即在=c d公式中，a是带状线的总衰减常数；A

9、c是导体的衰减常数；Ad是介电衰减常数。式中，g是单位长度带状线的泄漏电导，tan是电介质材料的损耗角正切。介电衰减常数由下面的公式：A，47给出，导体衰减通常由下面的公式给出(单位为NP/mTE模式中最低的子模式是截止波长为的TE10模式，而TM模式中最低的子模式是截止波长为的TM10模式。因此，为了抑制高阶模式，带状线的最短工作波长应该满足0分特10=0分特10=，4)带状线尺寸选择，A，50，因此带状线尺寸应该满足，A，51。微带线可以从双导体系统发展而来，但是因为在中心导带和接地板之间添加了介质，所以由微带线在介质基片上传输的波不再是标准的透射电子显微镜波，但是纵向分量Ez和Hz必须存

10、在。下面，我们首先从麦克斯韦方程中证明纵向分量的存在。A，52，微带线及其坐标、A，53，介质边界两侧的电磁场满足无源麦克斯韦方程3360。由于理想的介质表面既没有传导电流也没有自由电荷，根据连续性原理，电场和磁场的切向分量在介质和空气的界面上是连续的，即Ex1=Ex2，Ez1=Ez2hx1=HX2。在y=h时，电磁场的正常分量应满足：Ey2=rEy1Hy2=Hy1。首先，考虑磁场，其可以从公式(1)中的第一公式和边界条件A，55获得。假设波在微带线中的传播方向是z方向，那么电磁场的相位因子是ej(t-z)，并且1=2=，所以存在。然而，当频率不高时，因为微带线衬底的厚度h比微带波长小得多，所

11、以纵向分量很小，并且其场结构类似于透射电子显微镜模式，所以它通常被称为准透射电子显微镜模式。57，1)特征阻抗Z0和相速度微带传输线像其他传输线一样满足传输线方程。因此，对于瞬变电磁模式，如果忽略损耗，l和c分别是微带线上每单位长度的分布电感和电容。然而，因为微带线没有填充介质，介质之一是衬底介质，另一个是空气，这两者都对相速度有影响，并且影响程度由介电常数和边界条件决定。当没有介质基片，即空气填充时，透射纯透射电子显微镜波，相速度几乎等于真空中的光速，即vpc=3108m米/秒；当微带线完全充满电介质时，它也是一个纯的透射电子显微镜波，其相速度vp=c/，A，59。可以看出，部分填充电介质的

12、微带线(简称电介质微带)的相速度vp必须在c和c/之间。因此，我们引入有效介电常数e，使介质微带线的相速度为0，使有效介电常数e的值在1和r之间，具体值由相对介电常数r和边界条件决定。假设空气微带线的分布电容为C0，介质微带线的分布电容为C1，因此，A，60，C1=eC0或e=0。可以看出，有效介电常数E是介质微带线的分布电容C1与空气微带线的分布电容C0之比。因此，介质微带线的特性阻抗Z0和空气微带线的特性阻抗Z0具有以下关系：A，61。可以看出，只要得到空气微带线的特性阻抗Z0和有效介电常数e，就可以得到介质微带线的特性阻抗。通过保角变换和复变函数可以得到Z0和E的严格解，但其结果仍然是复

13、超越函数，工程上一般采用近似公式。下面给出了一组实用公式。(1)当导带厚度为零时，空气微带的特征阻抗Z0和有效介电常数e，a，62，a，63，其中w/h是微带的形状比；w是微带的导带宽度；h是电介质衬底的厚度。在工程中，有效介电常数E有时由填充因子Q来定义，即Q的值反映了介电填充的程度。当q=0，e=1时，对应于充满空气；当q=1时，e=r，对应于完全电介质填充。q和w/h的关系是e=1 q(r-1)，A，65。当导带厚度不为零时，有效介电常数根据上述公式，利用MATLAB编制了计算微带线特性阻抗的计算程序，计算了不同导带厚度的微带线在r=3.78和r=9.6条件下的特性阻抗，如图3-6所示。

14、从图中可以看出，介质微带的特性阻抗随着增加而减小；在相同尺寸条件下，r越大，特性阻抗越小。67，显然，微带线的波导波长与有效介电常数e有关，即与特征阻抗Z0有关。对于相同的工作频率，具有不同特性阻抗的微带线具有不同的波导波长。微带线的波导波长也称为带内波长，即2)波导波长g，A，68。由于微带线是半开放结构，除了导体损耗和介质损耗外，还存在一定的辐射损耗。然而，当衬底厚度小且相对介电常数R大时，大部分功率集中在导带附近的空间，因此辐射损耗非常小，并且与其他两种损耗相比可以忽略。因此，下面将着重讨论由导体损耗和介质损耗引起的衰减。3)微带线的衰减常数，A，69。由于微带线的金属导体条和接地板中存

15、在高频表面电流，因此存在热损耗，但由于表面电流的精确分布难以获得，因此难以获得计算导体衰减的精确计算公式。一般情况下，工程中采用以下近似计算公式：(1)导体衰减常数c、a和70。为了减少导体损耗，除了选择表面电阻率小的导体材料(金、银、铜)外，对微带线的加工工艺也有严格的要求。一方面，导体带的厚度增加，这是由于集肤效应的影响。导体带越厚，导体损耗越小，因此导体厚度的趋肤深度一般取58倍；另一方面，导体带表面的粗糙度应尽可能小，一般低于微米级。A，71，其中是介质损耗角的填充因子。一般来说，微带线的导体衰减远大于介质衰减，所以介质衰减一般可以忽略。然而，当诸如硅和砷化镓的半导体材料被用作电介质衬底时，微带线的电介质衰减相对较大，并且不能被忽略。对于均匀介质传输线，介质衰减常数由下式确定：(2)介质衰减常数d，A，72，4)微带线的色散特性。当频率较低时，这个假设是现实的。甲，73。然而，实验表明，当工作频率高于5GHz时，介质微带线的特性阻抗和相速度的计算结果与实际情况相差很大。这表明当频率较高时，微带线中由TE和TM模组成的高阶模使特征阻抗和相速度随频率变化，即具有色散特性。事实上，当频率增加时，相速度vp将减小，所以E应该增加，并且相应的特性阻抗Z0应该减小。因此，介质微带线的传输特性一般用修正公式计算。