1、2018/10/19,1,引言,微波传输线分类 TEM模传输线 （双导体传输线） 平行双线、同轴线、带状线及微带线 TE模和TM模传输线（金属波导传输线） 矩形波导、圆波导、椭圆波导 表面波传输线 （混合模） 介质波导、介质镜像线,2018/10/19,2,规则金属波导传输系统的特点 损耗小、结构牢固、功率容量高、电磁波限定在导管内。 比较笨重、成本高、 频带较窄。 微波集成传输线的特点 体积小、重量轻、频带宽 微波集成电路、空间技术 损耗大、功率容量小,引言,2018/10/19,3,主要内容,微带传输线 带状线 微带线（重点）,2018/10/19,4,带状线,带状线的结构 带状线是由同轴
2、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。 中心的导带相当于同轴线的内导体，根据不同的需要，中心导带截面可以是矩形，也可以是圆形；上下金属板是接地板 。,2018/10/19,5,带状线,带状线的场分布 带状线仍可理解为与同轴线一样的对称双导体传输线， 主要传输的是TEM波。带状线的用途 用于微波无源集成电路，特别适合多层微波集成的中间层。 不便于安装微波半导体器件，不适宜作有源微波器件 。,2018/10/19,6,带状线,带状线基本特点 主模为TEM模。 填充均匀介质，不存在色散。 也可以存在TE和TM的高次模，即有单模传输的频率上限。
3、可由上下接地板的距离来控制。,2018/10/19,7,微带线,传输模式 传输特性 特性阻抗和相速 波导波长 衰减常数 色散特性 微带线的设计,2018/10/19,8,微带线的传输模式,微带线的结构 微带线是由沉积在介质基片上的金属导体带和接地板构成的一个特殊传输系统。 由双导体传输线演化而来：将无限薄的导体板垂直插入双导体中间（因为导体板和所有电力线垂直, 所以不影响原来的场分布）， 再将导体圆柱变换成导体带、 并在导体带之间加入介质材料，从而构成了微带线。,2018/10/19,9,微带线的传输模式,微带线的基本特点 传输准TEM模，特征阻抗、相速、传播常数等可由静态或准静态方法获得。
4、不是纯TEM模，存在轻微的色散。 采用照相印刷工艺，精度高，工艺重复性好。 微带线的用途 适用于平面电路，适合有源器件的安装。 最适合作微波集成电路的传输线。,2018/10/19,10,微带线的传输模式,微带线的纵向场分量 由于在中心导带和接地板之间加入了介质, 因此在介质基底存在的微带线所传输的波已非标准的TEM波, 而是纵向分量Ez和Hz必然存在。 【证明】由于理想介质表面既无传导电流、又无自由电荷，满足边界条件：,2018/10/19,11,微带线的传输模式,微带线的纵向场分量 介质边界两边电磁场均满足无源麦克斯韦方程组：由边界条件可得：设微带线中波的传播方向为+z方向，故电磁场的相位
5、因子为e j(t-z) ，而1=2=, 故有：,2018/10/19,12,微带线的传输模式,微带线的纵向场分量当r1时，方程右边0，必然存在纵向分量Ez和Hz，不存在纯TEM模。 当r=1时，为纯TEM模。 当频率不很高时：由于微带线基片厚度h波长，此时纵向分量很小，其场结构与TEM模相似， 因此一般称之为准TEM模。,2018/10/19,13,微带线的传输模式,微带线中的主模 准TEM模 微带传输系统中存在两种边界：一种是金属和介质间的边界（蓝色线段），一种是介质和空气间的边界（红色线段） 微带线内的介质是非均匀的。 空气与介质分界面上必然存在场的不连续。 场沿空气与介质分界面也不均匀。
6、微带线不能传输 纯TEM 模由于纵向场分量较小 准TEM模,2018/10/19,14,微带线的传输模式,2018/10/19,15,微带线的传输特性,微带线的特性阻抗和相速 微带线满足传输线方程。 对准TEM模而言, 如忽略损耗：由于微带线周围不是填充一种介质（其中一部分为基片介质，另一部分为空气），这两部分对相速均产生影响，其影响程度由介电常数和边界条件共同决定。 空气微带线：当不存在介质基片（即全部用空气填充)时，这时传输的是纯TEM波。当微带线周围全部用介质填充，此时传输的也是纯TEM波。实际介质部分填充的微带线（简称介质微带）的相速必然介于二者之间。,2018/10/19,16,微带
7、线的特性阻抗和相速 用有效介电常数为e的介质均匀填充微带线，保持它的尺寸和特性阻抗与原来的实际微带线相同。 引入有效介电常数e ：1er。 具体数值由相对介电常数r和边界条件决定。,微带线的传输特性,2018/10/19,17,微带线的传输特性,微带线的特性阻抗和相速 有效介电常数e就是全介质填充微带线的分布电容C1和空气微带线的分布电容C0之比。微带线特性阻抗的计算归结为求空气微带线的特性阻抗Z0a和相对等效介电常数e。,2018/10/19,18,微带线的传输特性,微带线特性阻抗的计算 导带厚度t=0时 空气微带的特性阻抗Z0a ：有效介电常数：w/h是微带的形状比，w是微带的导带宽度，h
8、为介质基片厚度。,2018/10/19,19,微带线的传输特性,微带线特性阻抗的计算 工程上有时用填充因子q定义有效介电常数e 。q值大小表示介质填充的程度。q=0 e=1：表示无介质填充。q=1 e=r：表示全部介质填充。 将q代入求解e的公式中，有：,2018/10/19,20,微带线的传输特性,微带线特性阻抗的计算 导带厚度t 0时介质微带线的有效介电常数仍可导带厚度t = 0时计算, 但空气微带的特性阻抗Z0必须修正：因为此时导体厚度t0, 可等效为导体宽度加宽为we（当t0时，导带的边缘电容增大，相当于导带的等效宽度增加）。 当th, tw/2时相应的修正公式为：在前述t = 0特性
9、阻抗计算公式中用we/h代替w/h 即可得t0时 的特性阻抗。,2018/10/19,21,微带线的传输特性,特性阻抗曲线 微带特性阻抗随着w/h增大而减小。 相同尺寸条件下, r越大, 特性阻抗越小。,2018/10/19,22,微带线的传输特性,有效介电常数曲线 微带有效介电常数随着w/h增大而增大。 相同尺寸条件下，r越大，有效介电常数越大。,2018/10/19,23,微带线的传输特性,波导波长 微带线的波导波长也称为带内波长。微带线的波导波长与有效介电常数e有关，也就是与w/h有关（亦即与特性阻抗Z0有关）。 对同一工作频率，不同特性阻抗的微带线有不同的波导波长。,2018/10/1
10、9,24,微带线的衰减常数,辐射衰减常数r辐射损耗 微带线是半开放结构， 除了有导体损耗和介质损耗之外还有一定的辐射损耗。 导体带的宽度 w 越小，辐射损耗越大。 基片的介电常数越大，辐射损耗越小。当基片厚度很小、相对介电常数r较大时，绝大部分功率集中在导带附近的空间里，辐射损耗是很小的（ 和其它两种损耗相比可以忽略）。,2018/10/19,25,微带线的衰减常数,导体衰减常数c 导体损耗 微带线的金属导体带和接地板上都存在高频表面电流， 存在热损耗。降低导体损耗的措施 基片厚度h 减小，两导体之间的磁力线密度增大，损耗将增加加大导体带厚度（一般取t= 58倍的）。 导体表面的光洁度下降，损
11、耗将增加对微带线的加工工艺也有严格的要求，导体带表面的粗糙度要尽可能小， 一般应在微米量级以下。 导体的电导率 减小，损耗将增加选择表面电阻率很小的导体材料（金银铜之外）。,2018/10/19,26,微带线的衰减常数,介质衰减常数d 介质损耗 微带线的导体损耗介质损耗，一般可忽略介质衰减。 当用硅和砷化镓等半导体材料作为介质基片时，微带线的介质损耗相对较大，不可忽略。 对均匀介质传输线：由于实际微带只有部分介质填充，因此必须修正：,2018/10/19,27,微带线的色散特性,微带线的色散 色散指电磁波的传播速度随其频率变化而变化的现象。 一般分析都认为微带线上传播的是TEM模，波导波长、相
12、速或有效介电常数均与频率无关，没有色散现象。 实际微带线的真正模式是TE模和TM模组成的混合模，有弱色散。 低频时：混合模趋近于TEM模，称为准TEM模。 高频时：当传输线尺寸l/4时，此时高次模已经存在，必须考虑微带线的色散性质。 频率愈高，等效介电常数愈大，则相速度愈小，特性阻抗愈低。 当频率低于某一个临界值f0时，微带线的色散可以不予考虑：,2018/10/19,28,微带线的色散特性,2018/10/19,29,微带线的设计,微带线的高次模微带线的高次模有两种模式: 波导模式和表面波模式。 波导模式存在于导带与接地板之间。 TE模最低模式为TE10模。 TM模最低模式为TM01模。 表
13、面波模式则只要在接地板上有介质基片即能存在。是导体表面的介质基片使电磁波束缚在导体表面附近而不扩散,并使电磁波沿导体表面传输。 最低次模是TM0模。 其次是TE1模。,2018/10/19,30,微带线的设计,微带线的尺寸设计为抑制微带线的高次模产生，微带的尺寸应满足：,2018/10/19,31,微带线的设计,微带线的参数设计 基板参数：基板介电常数r、基板介质损耗角正切tan、 基板厚度h和基板宽度w。 基片厚度：一般在0.0080.08 mm之间。 一般都有金属屏蔽盒, 使之免受外界干扰。屏蔽盒的高度取H(5-6)h。 接地板宽度取a(5-6)w。 常用基片：,2018/10/19,32
14、,微带线的设计,微带线的参数设计 微带线参数：导线厚度t、宽度w、 长度L和单位长度衰减量。 电特性参数：特性阻抗Z0、 工作频率f0、 工作波长0、波导波长g和电长度（角度）。,2018/10/19,33,微带线的设计,微带线的设计方法 查图表 （ Z0 w/h， Z0a ，e ,g , L） 软件法 Microwave office ADS,2018/10/19,34,微带线的设计,在厚度在h=1mm的陶瓷基片上(r=9.6)制作g/4的50的微带线, 求它的导体带宽度w和长度L。 设工作频率为6GHz，导带厚度t0。 【解】 ,例3.1,2018/10/19,35,微波集成传输线,作业3.3,
