第三章微帶線不連續(xù)性第1頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一目錄3.1概述3.2微帶集成電路中的不連續(xù)性3.3耦合微帶線定向耦合器3.4微帶線三端口功率分配器3.5微帶分支線定向耦合器和微帶環(huán)形電橋3.6微波集成濾波器第2頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一微波集成電路發(fā)展——小型化、低電壓、高可靠性，低成本3.1概述二次世界大戰(zhàn)期間，主要采用波導(dǎo)立體電路；1950s,平面?zhèn)鬏斁€概念被提出；1960s,帶狀線、微帶線問題解決，微波集成電路（MIC）開始發(fā)展;1970s,氧化鋁基片和薄膜工藝發(fā)展，使得MIC進入高速發(fā)展期；1980s,MIC基本成熟。第3頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一微波混合集成電路定義：

3.1概述微帶電路已成為微波混合集成電路的主要形式微帶傳輸線半開放結(jié)構(gòu)便于集成固態(tài)器件和調(diào)試微帶線良好傳輸特性(1)工作頻率＜最低上限頻率，可實現(xiàn)單模傳輸(2)弱色散特性(3)準(zhǔn)確地設(shè)計分析方法(4)精確的加工工藝低成本，批量化在氧化鋁陶瓷、藍寶石、鐵氧體以及復(fù)合介質(zhì)等絕緣介質(zhì)襯底上，采用薄膜或厚膜技術(shù)制作出微波集成傳輸線和分布參數(shù)電路，并與帶封裝的或裸芯片固態(tài)器件、片式元件（電阻、電容或電感）組合在一起，構(gòu)成具有完整電路或系統(tǒng)功能的集成電路第4頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一直流、低頻電路由R、L、C等集總元件構(gòu)成，由集總參數(shù)方法分析和設(shè)計3.2微帶集成路中的不連續(xù)性微波電路及不連續(xù)性微波電路由分布參數(shù)方法分析和設(shè)計電路不能明確區(qū)分出R、L、C；電路嚴(yán)格地分析實際上是求解電磁場邊值問題；需考慮傳輸線傳播特性：（1）傳播模式；（2）阻抗；（3）相移電路中可明確區(qū)分出R、L、C；電路為由R、L、C元件構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)；不用過多考慮傳輸線——導(dǎo)線形狀尺寸和信號通過的損耗和相移；相對于工作波長，電路尺寸小，信號通過附加路勁相移可忽略傳輸線的材料、結(jié)構(gòu)、尺寸3.2.1概述第5頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一3.2.1概述微波電路由分布參數(shù)方法分析和設(shè)計微波電路可等效為分布參數(shù)電路網(wǎng)絡(luò)由微波傳輸線段構(gòu)成的、體現(xiàn)“電抗集中效應(yīng)”的微波電路網(wǎng)絡(luò)通常被稱作微波電路的“不連續(xù)性”分布參數(shù)元件L、C由不同傳輸線段實現(xiàn)微波頻率高，電路所需L、Ｃ元件值小不同傳輸線段具有不同的“電抗集中效應(yīng)”（電場、磁場集中），可實現(xiàn)L、C功能(——不是簡單、獨立的L、C)“不連續(xù)性”概念和傳輸線行波傳輸狀態(tài)相對；不連續(xù)性區(qū)域?qū)a(chǎn)生反射；不連續(xù)性區(qū)域?qū)l(fā)生能量的存儲；不連續(xù)性區(qū)域?qū)a(chǎn)生相移確定不連續(xù)性性質(zhì)第6頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一3.2.1概述微波電路實際上是由多個不連續(xù)性構(gòu)成而實現(xiàn)特定功能的電路；嚴(yán)格的場方法(——數(shù)值方法)分布參數(shù)等效電路法(——TEM波傳輸線)微波“不連續(xù)性”的分析方法：第7頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一3.2.1概述微帶不連續(xù)性是構(gòu)成微帶電路的基本單元微帶不連續(xù)性是實現(xiàn)微帶線路功能的基本單元，微帶電路實際上是由多個不連續(xù)性級聯(lián)構(gòu)成的（1）不連續(xù)性的性質(zhì)可由分布參數(shù)等效電路方法確定（2）分布參數(shù)元件值由準(zhǔn)靜態(tài)分析方法確定（3）現(xiàn)代數(shù)值計算方法可準(zhǔn)確確定不連續(xù)性特性微帶電路不連續(xù)性采用“場”、“路”結(jié)合的方法分析

第8頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一微帶開路端/端節(jié)線；微帶線的階梯跳變；微帶間隙；微帶線的拐角；微帶線T接頭；微帶線十字接頭;3.2.1概述微帶集成電路中不連續(xù)性種類第9頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一3.2.2微帶線的開路端/截斷端λ/4開路線;微帶到波導(dǎo)探針過渡;微帶線匹配枝節(jié);……微帶線開路端/截斷端的應(yīng)用第10頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一3.2.2微帶線的開路端/截斷端微帶開路端實際等效為RLC終端微帶線開路端/截斷端的等效電路開路端末將出現(xiàn)過剩電荷，過剩電流，輻射能量；過剩電荷是主要的通常，微帶開路端可由一個可等效電容或一段理想開路線第11頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一3.2.2微帶線的開路端/截斷端微帶線開路端/截斷端的等效電路測量法確定微帶開路端等效理想開路線長度測量出一段長為l

、兩端開路微帶線諧振頻率和諧振波長（半波長諧振器）所測得的諧振波長g和微帶TEM波波長gTEM不同,兩者關(guān)系可表示為：是介于0.7-1.07之間的常數(shù)，h是基片厚度第12頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一3.2.3微帶間隙微帶間隙及其等效電路特性：Π-型電容網(wǎng)絡(luò)由于兩條微帶截斷端相互影響，C1≠COC；間距s越大，C12越小，C1就越接近COC；間距s越小，C12越大，C1就越?。?/p>

s:0→∞，C1：0→COC，C12：∞→0第13頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一3.2.3微帶間隙奇偶模法分析微帶間隙偶模激勵：奇模激勵：第14頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一階梯阻抗變換；高低阻抗低通濾波器;……微帶線階梯階梯跳變應(yīng)用3.2.4微帶線的階梯跳變第15頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一3.2.4微帶線的階梯跳變微帶階梯跳變處，電能減少，磁能增加；階梯跳變呈感性，可由電感等效微帶線階梯跳變等效電路兩條不同導(dǎo)帶寬度微帶線的連接處，較寬微帶線局部被截斷在連接處寬條帶電流線連續(xù)地向窄條帶聚集，寬條帶截斷區(qū)面電流密度變小，面電荷密度減小，低特性阻抗線的電流密度變小。微帶階梯跳變處，電界面和幾何界面不一致。電界面向?qū)挆l帶偏移第16頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一3.2.4微帶線的階梯跳變波導(dǎo)模擬法定性分析微帶線階梯跳變等效（1）將微帶線用平板波導(dǎo)等效特性阻抗相同:Zc相位常數(shù)相同:基片厚度等于板間距:h對偶（2）應(yīng)用對偶定理，將平板波導(dǎo)變換為對偶波導(dǎo)；(3)再由波導(dǎo)等效電路對偶變換為平板波導(dǎo)等效電路→微帶等效電路第17頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一3.2.4微帶線的階梯跳變波導(dǎo)模擬法定性分析微帶線階梯跳變等效等效對偶對偶第18頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一3.2.5微帶線拐角微帶線拐角拐角區(qū)域等效為并聯(lián)電容;路勁加長等效為兩段傳輸線或電感;也可用對偶波導(dǎo)模擬法分析：微帶拐角第19頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一3.2.5微帶線拐角微帶線修正拐角采用切角處理，減小拐角并聯(lián)電容效應(yīng)：把拐角的外部切成45°斜角，利用兩次反射的相互抵銷達到匹配。斜角邊長是使兩次反射抵消的關(guān)鍵。對于50?微帶線，實驗表明，45°斜角邊長為1.6倍導(dǎo)帶寬度時，從L波段到X波段都能得到良好匹配。(帶狀線結(jié)果)第20頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一3.2.6微帶線T分支微帶線T分支應(yīng)用廣泛：微帶分支線電橋；微帶功率分配器；并聯(lián)分支匹配電路；直流偏置網(wǎng)絡(luò)……第21頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一3.2.6微帶線T分支微帶線T分支等效電路等效為并聯(lián)電容可采用對偶波導(dǎo)模擬法分析第22頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一3.2.6微帶線T分支對偶波導(dǎo)模擬法分析微帶線T分支對偶對偶第23頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一3.2.7微帶線十字分支微帶線十字分支微帶十字分支不連續(xù)性較大，實際應(yīng)用較少；和T分支類似，微帶十字分支可等效為并聯(lián)電容;精確的結(jié)果主要由實驗測定第24頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一3.2.8微帶線實現(xiàn)集總元件1.采用微帶結(jié)構(gòu)模擬集總元件：電感和電容第25頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一3.2.8微帶線實現(xiàn)集總元件1.采用微帶結(jié)構(gòu)模擬集總元件：電感和電容(3)g/4＜l＜g/2高阻抗微帶線可近似等效為一個電感；(2)l＜

g/4低阻抗微帶線可近似等效為一個電容；(1)短微帶線，高阻時呈感性；低阻時呈容性第26頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一3.2.8微帶線實現(xiàn)集總元件1.采用微帶結(jié)構(gòu)模擬集總元件：電感和電容(4)g/2＜l＜g時，可用型網(wǎng)絡(luò)等效第27頁，共29頁，2023年