微波技術與天線編著曹祥玉高軍

曾越勝楊芳2024/7/81高等學校信息工程類專業(yè)規(guī)劃教材西安電子科技大學出版社Http://2024/7/82

回顧傳輸線的種類第一章傳輸線理論2024/7/83各種微波集成傳輸線第一章傳輸線理論微波集成傳輸線2024/7/84微波集成傳輸線的種類歸納起來可以分為四大類：①準TEM波傳輸線,主要包括微帶傳輸線和共面波導等;②非TEM波傳輸線,主要包括槽線、鰭線等;③開放式介質波導傳輸線,主要包括介質波導、鏡像波導

④半開放式介質波導,主要包括H形波導、G形波導等。第一章傳輸線理論本節(jié)主要討論微帶傳輸線及其傳輸特性。第一章傳輸線理論2024/7/851.7微帶傳輸線（MicrostripTransmissionline）微帶傳輸線的基本結構有兩種形式:帶狀線和微帶線。帶狀線是由同軸線演化而來的,即將同軸線的外導體對半分開后,再將兩半外導體向左右展平,并將內導體制成扁平帶線。1.7.1帶狀線(Stripline)帶狀線又稱為對稱微帶線，是一種雙接地板空氣或固體介質傳輸線，他可以看成是由同軸線演變而來。bwtE?r第一章傳輸線理論2024/7/861.7微帶傳輸線（microstriptransmissionline）1.7.1帶狀線(Stripline)由于帶狀線由同軸線演化而來,因此與同軸線具有相似的特性,這主要體現在其傳輸主模也為TEM,也存在高次TE和TM模。帶狀線的傳輸特性參量主要有:特性阻抗Z0、衰減常數α、相速vp和波導波長λg。1)特性阻抗Z0由于帶狀線上的傳輸主模為TEM模,因此可以用準靜態(tài)的分析方法求得單位長分布電容C和分布電感L,從而有式中,相速(c為自由空間中的光速)?？芍?只要求出帶狀線的單位長分布電容C,則就可求得其特性阻抗。

求解分布電容的方法很多,但常用的是等效電容法和保角變換法。由于計算結果中包含了橢圓函數而且對有厚度的情形還需修正,故不便于工程應用。在這里給出了一組比較實用的公式,這組公式分為導帶厚度為零和導帶厚度不為零兩種情況。第一章傳輸線理論2024/7/871.7微帶傳輸線（microstriptransmissionline）1.7.1帶狀線(Stripline)(一)中心導帶厚度t→0時的特性阻抗計算公式(二)中心導帶厚度t≠0時的特性阻抗計算公式但用上式計算仍然比較麻煩，所以將Z0與帶狀線的尺寸關系繪制成曲線，供工程使用。第一章傳輸線理論2024/7/881.7微帶傳輸線（microstriptransmissionline）1.7.1帶狀線(Stripline)帶狀線特性阻抗隨形狀參數w/b的變化曲線第一章傳輸線理論2024/7/891.7微帶傳輸線（microstriptransmissionline）1.7.1帶狀線(Stripline)2)帶狀線的衰減常數α帶狀線的衰減包含兩部分：介質衰減和導體衰減。1.介質衰減αd其中，λ0為真空中的波長（m），tanδ為介質損耗角正切。第一章傳輸線理論2024/7/8101.7微帶傳輸線（microstriptransmissionline）1.7.1帶狀線(Stripline)2.導體衰減αc其中Rs為表面電阻第一章傳輸線理論2024/7/8111.7微帶傳輸線（microstriptransmissionline）1.7.1帶狀線(Stripline)帶狀線傳輸的主模是TEM模，但若帶狀線的尺寸選擇不當，可能出現高次TE模和TM模。帶狀線的選擇應考慮以下因素：(1)中心導帶寬度W(2)接地板間距b注意：為了減少輻射損耗，接地板寬度不應少于(3~6)W，b?λ/2。第一章傳輸線理論2024/7/8121.7微帶傳輸線（microstriptransmissionline）1.7.2微帶(Microstrip)微帶又稱為標準微帶線，是一種單接地板固體介質傳輸線。帶狀線和微帶線演變示意圖第一章傳輸線理論2024/7/8131.7微帶傳輸線（microstriptransmissionline）1.7.2微帶(Microstrip)微帶線演變示意圖第一章傳輸線理論2024/7/8141.7微帶傳輸線（microstriptransmissionline）1.7.2微帶(Microstrip)1.微帶的第一個特點是非機械加工，它采用金屬薄膜工藝，而不是象帶線要做機加工。基片打孔蒸發(fā)光刻腐蝕電鍍微帶工藝實物照片微帶的基本特征第一章傳輸線理論2024/7/8151.7微帶傳輸線（microstriptransmissionline）1.7.2微帶(Microstrip)2.一般地說，微帶均有介質填充，因此電磁波在其中傳播時產生波長縮短。3.結構上微帶屬于不均勻結構。微帶的有效介電常數定義為了處理方便經常提出有效介電常數(它是全空間填充的)，注意是相對的。第一章傳輸線理論2024/7/8161.7微帶傳輸線（microstriptransmissionline）1.7.2微帶(Microstrip)為了便于分析，將微帶等效為均勻微帶，等效條件是λg、Z0也是相同的。即：Z0是介質微帶的特征阻抗，Z01是空氣微帶的特征阻抗。

4.嚴格說來，微帶不是TEM波傳輸線，可稱之為準TEM模(Quasi—TEMmode)，然而作為工程分析，這種概念和精度已足夠滿足要求。同樣，它也是寬帶結構。第一章傳輸線理論2024/7/8171.7微帶傳輸線（microstriptransmissionline）1.7.2微帶(Microstrip)5.容易集成。用來制作微波集成電路。和有源器件、半導體管構成放大、混頻和振蕩電路。

常用的基片有兩種：氧化鋁Al2O3陶瓷

r=90～99

聚四氟乙烯或聚氯乙烯

r=2.50左右。工程上，常常認為微帶線中近似傳播TEM波，所以第一章傳輸線理論2024/7/8181.7微帶傳輸線（microstriptransmissionline）1.7.2微帶(Microstrip)其中，vp是微帶中的相速。根據等價定義：式中，c

是真空中的光速，εe為介質的有效介電常數。若介質為空氣，其分布電容為C0，則有說明介質的有效介電常數等于填充介質的電容與充空氣時的電容之比。則：求Z0和vp的問題變成求C0和C的問題。這樣問題就簡單多了。第一章傳輸線理論2024/7/8191.7微帶傳輸線（microstriptransmissionline）1.7.2微帶(Microstrip)可以求出微帶的特征阻抗和介質的有效介電常數（近似公式）W/h<=1窄帶第一章傳輸線理論2024/7/8201.7微帶傳輸線（microstriptransmissionline）1.7.2微帶(Microstrip)微帶損耗也是包含介質損耗和導體損耗，與帶狀線類似。另外，微帶的工作頻率也同樣受到限制，與微帶的結構參數有關。式中，h的單位為