微波技術及天線劉學觀 第3.1節(jié)

1、第三章 微波集成傳輸線之微帶傳輸線微波技術與天線第三章第三章 微波集成傳輸線微波集成傳輸線規(guī)則金屬波導傳輸系統(tǒng)：規(guī)則金屬波導傳輸系統(tǒng)：優(yōu)點優(yōu)點-具有損耗小、結(jié)構(gòu)牢固、功率容量高及電磁波限定在導具有損耗小、結(jié)構(gòu)牢固、功率容量高及電磁波限定在導管內(nèi)等；管內(nèi)等；缺點缺點-比較笨重、高頻下批量成本高、頻帶較窄等比較笨重、高頻下批量成本高、頻帶較窄等對微波集成傳輸元件的基本要求之一就是它必須具有對微波集成傳輸元件的基本要求之一就是它必須具有平面型結(jié)構(gòu)平面型結(jié)構(gòu)，這樣可以通過調(diào)整單一平面尺寸來控制其傳輸特性，從而實現(xiàn)這樣可以通過調(diào)整單一平面尺寸來控制其傳輸特性，從而實現(xiàn)微波微波電路的集成化電路的集成化。隨

2、著航空、航天事業(yè)發(fā)展的需要，對微波設備提出了體積小、重量輕、隨著航空、航天事業(yè)發(fā)展的需要，對微波設備提出了體積小、重量輕、可靠性高、性能優(yōu)越、一致性好、成本低等要求，這就促使微波技術可靠性高、性能優(yōu)越、一致性好、成本低等要求，這就促使微波技術與半導體器件及集成電路的結(jié)合，產(chǎn)生了微波集成電路與半導體器件及集成電路的結(jié)合，產(chǎn)生了微波集成電路（microwave integrated circuit)。第三章 微波集成傳輸線之微帶傳輸線微波技術與天線各種微波集成傳輸系統(tǒng)，歸納起來可以分為四大類各種微波集成傳輸系統(tǒng)，歸納起來可以分為四大類 微帶線微帶線共面波導共面波導槽線槽線鰭線鰭線介質(zhì)波導介質(zhì)波導鏡

3、像線鏡像線H形波導形波導G形波導形波導準準TEM波傳波傳輸線輸線 非非TEM波傳波傳輸線輸線 開放式介開放式介質(zhì)波導質(zhì)波導半開放式半開放式介質(zhì)波導介質(zhì)波導第三章 微波集成傳輸線之微帶傳輸線微波技術與天線本章內(nèi)容 3.1 微帶傳輸線微帶傳輸線 3.2 介質(zhì)波導介質(zhì)波導 3.3 光纖光纖第三章 微波集成傳輸線之微帶傳輸線微波技術與天線3.1 微帶傳輸線微帶傳輸線 微帶傳輸線的基本結(jié)構(gòu)有二種形式：帶狀線和微帶線，微帶傳輸線的基本結(jié)構(gòu)有二種形式：帶狀線和微帶線，它們都屬于雙導體傳輸系統(tǒng)。它們都屬于雙導體傳輸系統(tǒng)。n本節(jié)要點n帶狀線帶狀線(strip line)n微帶線微帶線(microstrip li

4、ne)n耦合微帶線耦合微帶線(coupling microstrip line)第三章 微波集成傳輸線之微帶傳輸線微波技術與天線1.帶狀線帶狀線(strip line)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(nèi)導體制成扁平帶線。開后，再將兩半外導體向左右展平，并將內(nèi)導體制成扁平帶線。從其電場分布結(jié)構(gòu)可見其演化特性。顯然帶狀線仍可理解為與同從其電場分布結(jié)構(gòu)可見其演化特性。顯然帶狀線仍可理解為與同軸線一樣的對稱雙導體傳輸線，傳輸?shù)闹髂Ｊ禽S線一樣的對稱雙導體傳輸線，傳輸?shù)闹髂Ｊ荰EM模。也存在高模。也

5、存在高次次TE和和TM模。模。傳輸特性參量主要有：傳輸特性參量主要有：特性阻抗、衰減常數(shù)、相速和波導波長。特性阻抗、衰減常數(shù)、相速和波導波長。帶狀線的演化過程及結(jié)構(gòu)帶狀線的演化過程及結(jié)構(gòu)帶狀線又稱三板線，它帶狀線又稱三板線，它由兩塊相距為由兩塊相距為b的接地板的接地板與中間的寬度為與中間的寬度為W、厚厚度為度為t的矩形截面導體構(gòu)的矩形截面導體構(gòu)成，接地板之間填充均成，接地板之間填充均勻介質(zhì)或空氣勻介質(zhì)或空氣 第三章 微波集成傳輸線之微帶傳輸線微波技術與天線(1)特性阻抗特性阻抗(characteristic impedance) 由于帶狀線上傳輸主模為由于帶狀線上傳輸主模為TEM模，因此可以用

6、準靜態(tài)的模，因此可以用準靜態(tài)的分析方法求得單位長分布電容分析方法求得單位長分布電容C和分布電感和分布電感L，從而有：從而有：0p1/ZL CC其中，其中，vp為為相速。相速。只要求出帶狀線的單位長分布電容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。則就可求得其特性阻抗。求解分布電容的方法求解分布電容的方法很多，但常用的有很多，但常用的有等效電容法和保角變換等效電容法和保角變換法。法。第三章 微波集成傳輸線之微帶傳輸線微波技術與天線CfCfCpCpWCfCf 帶線電容帶線電容帶線電容分成板間電容帶線電容分成板間電容C Cp p和邊緣電容和邊緣電容C Cf f。 W Wb b愈大，愈大

7、，C C愈大，特性阻抗愈大，特性阻抗Z Z0 0愈小。愈小。 W Wb b愈大，愈大，C Cf f影響愈小。影響愈小。第三章 微波集成傳輸線之微帶傳輸線微波技術與天線保角變換保角變換把把z z平面上一個由力線和等位線構(gòu)成的平面上一個由力線和等位線構(gòu)成的一個區(qū)域變換到一個區(qū)域變換到w w平面的一個力線和等位線構(gòu)成平面的一個力線和等位線構(gòu)成的對應區(qū)域，兩者之間電容相等。的對應區(qū)域，兩者之間電容相等。OOyvv2v 2v1v 1g1g 1g2g 2xu第三章 微波集成傳輸線之微帶傳輸線微波技術與天線證明因為電容定義證明因為電容定義2121qqCVV而變換時等位線和力線一一對應，即而變換時等位線和力線

8、一一對應，即21212121 , qqqqVVVV于是于是Cz=Cw 所以，保角變換的實質(zhì)是希望利用變換中電容的不所以，保角變換的實質(zhì)是希望利用變換中電容的不變性，把難于計算的復雜區(qū)域電容變成便于計算的變性，把難于計算的復雜區(qū)域電容變成便于計算的簡單區(qū)域電容。簡單區(qū)域電容。第三章 微波集成傳輸線之微帶傳輸線微波技術與天線030( )( )rK kZK k其中其中K K是第一類完全橢圓積分。定義是是第一類完全橢圓積分。定義是122 20( ),2(1)(1)dtK kFktk t122 20( )(1)(1)kdtK ktk t 稱稱 k k為為k k的余模數(shù)。的余模數(shù)。221kk th(/2

9、)kWb施瓦茨施瓦茨克里斯托費爾克里斯托費爾變換變換( Schwarz-Christoffel )第三章 微波集成傳輸線之微帶傳輸線微波技術與天線(a)導帶厚度為零時的特性阻抗計算公式導帶厚度為零時的特性阻抗計算公式)(441. 030er0bwbZ式中，式中，we是中心導帶的有效寬度，由下式給出：是中心導帶的有效寬度，由下式給出： 35. 0/35. 0/)/35. 0(02ebwbwbwbwbw由于計算結(jié)果中包含了橢圓積分函數(shù)而且對有厚度的情形還由于計算結(jié)果中包含了橢圓積分函數(shù)而且對有厚度的情形還需修正，不便于工程應用。下面給出了一組比較實用的公式，需修正，不便于工程應用。下面給出了一組比

10、較實用的公式，這組公式分為導帶厚度為零這組公式分為導帶厚度為零(和導帶厚度不和導帶厚度不為零為零(H. A. 兩種情況。兩種情況。精確度約為精確度約為1.5%第三章 微波集成傳輸線之微帶傳輸線微波技術與天線（b）導帶厚度不為零時的特性阻抗計算公式導帶厚度不為零時的特性阻抗計算公式 27. 61818141ln302r0mmmZ式中， tbwtbwmnxbwxxxxxtbw1 . 1/0796. 02ln5 . 01)1 (2xxn13212btx 精確度優(yōu)于精確度優(yōu)于0.5%第三章 微波集成傳輸線之微帶傳輸線微波技術與天線帶狀線特性阻抗與帶狀線特性阻抗與w/b及及t/b的關系曲線的關系曲線可見

11、：帶狀線特性阻抗隨著可見：帶狀線特性阻抗隨著w/b的增大而減小，而且的增大而減小，而且也隨著也隨著t/b的增大而減小。的增大而減小。w/bw/b第三章 微波集成傳輸線之微帶傳輸線微波技術與天線(2) 衰減常數(shù)衰減常數(shù) 帶狀線的損耗包括由中心導帶和接地板導體引起的導體損耗、帶狀線的損耗包括由中心導帶和接地板導體引起的導體損耗、兩接地板間填充的介質(zhì)損耗及輻射損耗。由于帶狀線接地板通常兩接地板間填充的介質(zhì)損耗及輻射損耗。由于帶狀線接地板通常比中心導帶大得多，因此帶狀線的輻射損耗可忽略不計。所以帶比中心導帶大得多，因此帶狀線的輻射損耗可忽略不計。所以帶狀線的衰減主要由導體損耗和介質(zhì)損耗引起，即：狀線的

12、衰減主要由導體損耗和介質(zhì)損耗引起，即：dc介質(zhì)衰減介質(zhì)衰減常數(shù)由以下公式給出： )dB/m(tan3 .272100rdGZ 其中，其中，G為帶狀線單位長漏電導，為帶狀線單位長漏電導，tan 為介質(zhì)材料的為介質(zhì)材料的損耗角正切。損耗角正切。 第三章 微波集成傳輸線之微帶傳輸線微波技術與天線導體衰減可由增量電感法求解導體衰減可由增量電感法求解, ,通常由以下公式給出通常由以下公式給出（單位（單位Np/m）：）： 12016. 0120)(30107 . 20r00r03cZBbZRZAtbZRsrStwwttwbBttbtbtbtbwA4ln21414. 05 . 07 . 05 . 012ln

13、121其中，其中，Rs為導體的表面電阻，為導體的表面電阻， 而而 S/2RfW 第三章 微波集成傳輸線之微帶傳輸線微波技術與天線（3）相速和波導波長）相速和波導波長由于帶狀線傳輸?shù)闹髂橛捎趲罹€傳輸?shù)闹髂門EM模，故其相速和波導波長模，故其相速和波導波長分別為：分別為： rcv/pr0/g（4）帶狀線的尺寸選擇）帶狀線的尺寸選擇 帶狀線傳輸?shù)闹髂Ｊ菐罹€傳輸?shù)闹髂Ｊ荰EM模，但若尺寸選擇不合理也會引起高次模模，但若尺寸選擇不合理也會引起高次模TE模和模和TM模。模。在在TE模中最低次模是模模中最低次模是模TE10,在在TM模中最低次模是模中最低次模是模模TM10 ，為抑制高次模，帶狀線的最

14、短工作波長應滿足：為抑制高次模，帶狀線的最短工作波長應滿足： rTMcmin0rcTEmin0221010bw于是于是帶狀線的尺寸應滿足帶狀線的尺寸應滿足 rrbw2,2min0min0第三章 微波集成傳輸線之微帶傳輸線微波技術與天線(5)帶狀線功率容量帶狀線功率容量223max22204602 101(1)2Pttb PZbb第三章 微波集成傳輸線之微帶傳輸線微波技術與天線2. 微帶線微帶線(microstrip line) 微帶線微帶線在中心導帶和接地板之間加入了介質(zhì)，可以證明在中心導帶和接地板之間加入了介質(zhì)，可以證明在兩種不在兩種不同介質(zhì)的傳輸系統(tǒng)中不可能存在單純的同介質(zhì)的傳輸系統(tǒng)中不可

15、能存在單純的TEMTEM波，而只能存在波，而只能存在TETE模和模和TMTM模的混合模，模的混合模，因此縱向分量因此縱向分量Ez和和Hz必然存在。必然存在。但是當頻率不很高但是當頻率不很高時，微帶線基片厚度時，微帶線基片厚度h遠小于微帶波長，此時遠小于微帶波長，此時縱向分量很小縱向分量很小，其場，其場結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)與TEM模相似，一般稱之為模相似，一般稱之為準準TEM模模(quasi-TEM mode)。 我們來分析微帶傳輸線的主要我們來分析微帶傳輸線的主要傳輸特性傳輸特性 hw微帶線是由沉積在介質(zhì)微帶線是由沉積在介質(zhì)基片上的金屬導體帶和基片上的金屬導體帶和接地板構(gòu)成的一個特殊接地板構(gòu)成的一個特殊

16、傳輸系統(tǒng)，導體帶傳輸系統(tǒng)，導體帶寬度寬度為為w、厚度為、厚度為t微帶線的演化過程及結(jié)構(gòu) 插入金屬板第三章 微波集成傳輸線之微帶傳輸線微波技術與天線(1)特性阻抗與相速特性阻抗與相速 LCCCLZ/11/pp0m/s1038p cv 對準對準TEM模而言，如忽略損耗，則模而言，如忽略損耗，則 式中，式中，L和和C分別為微帶線的單位長分布電感和分布電容。分別為微帶線的單位長分布電感和分布電容。 微帶線周圍不是填充一種介質(zhì)，一部分為基片介質(zhì)，另一部分為空氣，微帶線周圍不是填充一種介質(zhì)，一部分為基片介質(zhì)，另一部分為空氣，這二部分對相速均產(chǎn)生影響，其影響程度由介電常數(shù)和邊界條件共同決這二部分對相速均產(chǎn)生

17、影響，其影響程度由介電常數(shù)和邊界條件共同決定。定。 當不存在介質(zhì)基片即空氣填充時，這時傳輸?shù)氖羌儺敳淮嬖诮橘|(zhì)基片即空氣填充時，這時傳輸?shù)氖羌僒EM波，此時的相速與真空中光速幾乎相等，即波，此時的相速與真空中光速幾乎相等，即 第三章 微波集成傳輸線之微帶傳輸線微波技術與天線rpcv/因此介質(zhì)部分填充的微帶線（簡稱因此介質(zhì)部分填充的微帶線（簡稱介質(zhì)微帶介質(zhì)微帶）的相速）的相速必然介于必然介于 和和 之間。之間。 crc/2pe)/(vc有效介電常數(shù)的取值就在有效介電常數(shù)的取值就在1與與 之間，具體數(shù)值由相對介之間，具體數(shù)值由相對介電常數(shù)電常數(shù) 和邊界條件決定。和邊界條件決定。rr當微帶線周圍全部用

18、介質(zhì)填充，此時也是純當微帶線周圍全部用介質(zhì)填充，此時也是純TEM波，其相速為波，其相速為 n引入引入有效介電常數(shù)有效介電常數(shù) (effective relative permittivity ) 第三章 微波集成傳輸線之微帶傳輸線微波技術與天線) 1(1req q=0時，時， ，對應于全空氣填充；，對應于全空氣填充；q=1時，時， ，對應于全介質(zhì)填充。對應于全介質(zhì)填充。1eren 與與 的關系為：的關系為：qhw/21121121whq工程上，用填充因子工程上，用填充因子q來定義有效介電常數(shù)，即來定義有效介電常數(shù)，即第三章 微波集成傳輸線之微帶傳輸線微波技術與天線ep/cv e00aZZ n可

19、見，只要求得空氣微帶線的特性阻抗可見，只要求得空氣微帶線的特性阻抗Z0a及有效介電及有效介電常數(shù)常數(shù) e，就可求得介質(zhì)微帶線的特性阻抗。就可求得介質(zhì)微帶線的特性阻抗。 介質(zhì)微帶線相速為介質(zhì)微帶線相速為 介質(zhì)微帶線的特性阻抗介質(zhì)微帶線的特性阻抗Z0與空氣微帶線的特性阻抗與空氣微帶線的特性阻抗Z0a有以下關系：有以下關系：第三章 微波集成傳輸線之微帶傳輸線微波技術與天線2pfCCCerhCfCpCfwt等效電容法等效電容法pC導帶和板間電容，導帶和板間電容，fC邊緣電容邊緣電容。第三章 微波集成傳輸線之微帶傳輸線微波技術與天線保角變換法（保角變換法（ 0( )60( )aK kZK k 通過保角變

20、換及復變函數(shù)求得通過保角變換及復變函數(shù)求得Z0a及及 e的嚴格解，但的嚴格解，但結(jié)果仍為較復雜的橢圓函數(shù)，工程上一般采用近似公結(jié)果仍為較復雜的橢圓函數(shù)，工程上一般采用近似公式。式。 第三章 微波集成傳輸線之微帶傳輸線微波技術與天線1)導帶厚度為零時的空氣微帶的特性阻抗導帶厚度為零時的空氣微帶的特性阻抗Z0a及有效介電常數(shù)及有效介電常數(shù) e 06859.952ln(1)4119.904(1)2.420.441ahww hwhZw hwhhhww122re12r1112 10.041(1) (1)2211121(1)22rrhww hwhhw hw 1w h 式中，式中，w/ /h是微帶的形狀比，

21、是微帶的形狀比， w是微帶的導帶寬度，是微帶的導帶寬度， h為介質(zhì)基片為介質(zhì)基片厚度。厚度。 為窄帶微帶線為窄帶微帶線1w h 為寬帶微帶線為寬帶微帶線第三章 微波集成傳輸線之微帶傳輸線微波技術與天線2)導帶厚度不為零時的空氣微帶的特性阻抗導帶厚度不為零時的空氣微帶的特性阻抗Z0a及有效介電常數(shù)及有效介電常數(shù) e導體厚度導體厚度t 0時，導帶的邊緣電容增大，相當于導體寬度時，導帶的邊緣電容增大，相當于導體寬度w加寬加寬為為we 。 當th、t442 r ），則），則n其中， 1exp418)exp(AAhw4ln12ln1219 .11912rrr0rZA有效介電常數(shù)表達式為有效介電常數(shù)表達式

22、為2rre4ln12ln121121rrA其中的其中的A由上式給出由上式給出 。第三章 微波集成傳輸線之微帶傳輸線微波技術與天線若作為若作為w/h的函數(shù)由下式給出的函數(shù)由下式給出 2164ln2whwhA對于寬導帶（也就是當對于寬導帶（也就是當Z0 442 r ），則），則rrr517. 0293. 01ln112ln12BBBhwr0295.59ZB 由此可算出有效介電常數(shù)由此可算出有效介電常數(shù) 555. 0rre1012121wh若先知道若先知道Z0也可由下式求得也可由下式求得 e ，即，即 110lg004. 0109. 096. 00rrreZ第三章 微波集成傳輸線之微帶傳輸線微波技術

23、與天線(2)波導波長波導波長e0/g 顯然，微帶線的波導波長與有效介電常數(shù)顯然，微帶線的波導波長與有效介電常數(shù) e有關，也就有關，也就是與是與W/h有關，亦即與特性阻抗有關，亦即與特性阻抗Z0有關。有關。微帶線的波導波長也稱為帶內(nèi)波長，即微帶線的波導波長也稱為帶內(nèi)波長，即 (3)微帶線的衰減常數(shù)微帶線的衰減常數(shù) 由于微帶線是半開放結(jié)構(gòu)，因此除了有導體損耗和介質(zhì)損耗之由于微帶線是半開放結(jié)構(gòu)，因此除了有導體損耗和介質(zhì)損耗之外，還有一定的輻射損耗。不過當基片厚度很小，相對介電常數(shù)外，還有一定的輻射損耗。不過當基片厚度很小，相對介電常數(shù)較大時，絕大部分功率集中在導帶附近的空間里，所以輻射損耗較大時，絕

24、大部分功率集中在導帶附近的空間里，所以輻射損耗是很小的，和其它二種損耗相比可以忽略。是很小的，和其它二種損耗相比可以忽略。 dc第三章 微波集成傳輸線之微帶傳輸線微波技術與天線微帶線的金屬導體帶和接地板上都存在高頻表面電流，因此存在微帶線的金屬導體帶和接地板上都存在高頻表面電流，因此存在熱損耗。工程上一般采用近似計算公式。熱損耗。工程上一般采用近似計算公式。a)導體衰減常數(shù)導體衰減常數(shù) c 22ln1094. 094. 02ln68. 8216. 02ln141268. 816. 04ln141268. 8ee2e22s0cee2es0c20eeeehwhtthwhwhhweRhZhwhtth

25、whwhhwRhZhwwhwhhwRhZhwhwhwhwhwhththweeesc 為為t不為零時導體的等效寬度，不為零時導體的等效寬度，Rs為導體的表面電阻。為了降低導體的損為導體的表面電阻。為了降低導體的損耗，除了選擇表面電阻率很小的導體材料（金、銀、銅）之外，對微帶線的耗，除了選擇表面電阻率很小的導體材料（金、銀、銅）之外，對微帶線的加工工藝也有嚴格的要求。一方面加大導體帶厚度，這是由于趨膚效應的影加工工藝也有嚴格的要求。一方面加大導體帶厚度，這是由于趨膚效應的影響，導體帶越厚，則導體損耗越小，故一般取導體厚度超過響，導體帶越厚，則導體損耗越小，故一般取導體厚度超過5-8倍的趨膚深度；倍

26、的趨膚深度；另一方面，導體帶表面的粗糙度要盡可能小，一般應在微米量級以下。另一方面，導體帶表面的粗糙度要盡可能小，一般應在微米量級以下。ew第三章 微波集成傳輸線之微帶傳輸線微波技術與天線b）介質(zhì)衰減常數(shù)介質(zhì)衰減常數(shù) tan3 .272121e0e00edqqGZZG由于實際微帶只有部分介質(zhì)填充，由于實際微帶只有部分介質(zhì)填充，介質(zhì)衰減常數(shù)修正如下：介質(zhì)衰減常數(shù)修正如下： 一般情況下，微帶線的導體衰減遠大于介質(zhì)衰減，因此一般情況下，微帶線的導體衰減遠大于介質(zhì)衰減，因此一般可忽略介質(zhì)衰減。但當用硅和砷化鎵等半導體材料作為一般可忽略介質(zhì)衰減。但當用硅和砷化鎵等半導體材料作為介質(zhì)基片時，微帶線的介質(zhì)衰

27、減相對較大，不可忽略。介質(zhì)基片時，微帶線的介質(zhì)衰減相對較大，不可忽略。對均勻介質(zhì)傳輸線；其介質(zhì)衰減常數(shù)由下式?jīng)Q定對均勻介質(zhì)傳輸線；其介質(zhì)衰減常數(shù)由下式?jīng)Q定 tan3 .27210r0dGZ其中其中，) 1() 1(reereq為介質(zhì)損耗角的填充系數(shù)。為介質(zhì)損耗角的填充系數(shù)。第三章 微波集成傳輸線之微帶傳輸線微波技術與天線（4）微帶線的色散）微帶線的色散(dispersive)特性特性 )GHz(1955. 004rmaxhZfmm1, 9,500hZr 色散是指電磁波的相速隨頻率而變的現(xiàn)象色散是指電磁波的相速隨頻率而變的現(xiàn)象。當頻率較。當頻率較低時，微帶線上傳播的波基本上是準低時，微帶線上傳播

28、的波基本上是準TEM模，故可以不模，故可以不考慮色散?？紤]色散。 其中，其中， Z0的單位為的單位為 ，h的單位是的單位是mm。例如例如，無色散最高頻率為無色散最高頻率為fmax=4GHz 設不考慮色散時的頻率為設不考慮色散時的頻率為fmax，對于給定結(jié)構(gòu)的微帶線來說其對于給定結(jié)構(gòu)的微帶線來說其fmax 是一定的。是一定的。第三章 微波集成傳輸線之微帶傳輸線微波技術與天線 當頻率較高時，微帶線的特性阻抗和相速隨著頻率變化而變化，也當頻率較高時，微帶線的特性阻抗和相速隨著頻率變化而變化，也即具有色散特性。即具有色散特性。 頻率升高時，相速頻率升高時，相速vp要降低，要降低， e應增大，而相應的應

29、增大，而相應的特性阻抗特性阻抗Z0應減小。應減小。一般用修正公式來計算介質(zhì)微帶線傳輸特性一般用修正公式來計算介質(zhì)微帶線傳輸特性 。 n當 、 以及 時162r16/06. 0hwGHz100f2e5 . 1ere41)(Ff2r1ln215 . 014hwhFo)(11)()(00ffZfZeeee第三章 微波集成傳輸線之微帶傳輸線微波技術與天線（5）高次模與微帶尺寸選擇高次模與微帶尺寸選擇 微帶線的高次模有兩種模式：微帶線的高次模有兩種模式：波導模式和表面波模式波導模式和表面波模式。波導模。波導模式存在于導帶與接地板之間，表面波模式則只要在接地板上有介式存在于導帶與接地板之間，表面波模式則只

30、要在接地板上有介質(zhì)基片即能存在。質(zhì)基片即能存在。 對于波導模式可分為對于波導模式可分為TE模和模和TM模，它們的最低模式分別為模，它們的最低模式分別為TE10模和模和TM01模。模。10cTE)0(2twr)0)(4 . 0(2thwr012cTMrh第三章 微波集成傳輸線之微帶傳輸線微波技術與天線 對于表面波模式是導體表面的介質(zhì)基片能使電磁波束縛在導體對于表面波模式是導體表面的介質(zhì)基片能使電磁波束縛在導體表面附近而不擴散，并使電磁波沿導體表面?zhèn)鬏敚史Q為表面波，表面附近而不擴散，并使電磁波沿導體表面?zhèn)鬏?，故稱為表面波，其中最低次模是其中最低次模是TM0模，其次是模，其次是TE1模，模， TM

31、0模的截止波長為模的截止波長為 ，即任何頻率下模均存在。即任何頻率下模均存在。 TE1模的截止波長為：模的截止波長為：為使微帶抑制高次模的產(chǎn)生，其尺寸應滿足為使微帶抑制高次模的產(chǎn)生，其尺寸應滿足 14)(,2)(min,4 . 02)(rmin0rmin0rmin0hhw141rcTEh第三章 微波集成傳輸線之微帶傳輸線微波技術與天線 實際常用的微帶線實際常用的微帶線采用的基片有純度采用的基片有純度99.5%氧化氧化鋁陶瓷鋁陶瓷( r=9.510, tan =0.0003)、聚四氟乙烯聚四氟乙烯( r=2.1,tan =0.0004) 和聚四氟乙烯玻璃纖維板；和聚四氟乙烯玻璃纖維板； ( r=

32、2.55, tan =0.008)。使用基片厚度一般在使用基片厚度一般在0.0080.08mm之間，而且一般都有金屬屏蔽盒，使之之間，而且一般都有金屬屏蔽盒，使之免受外界干擾。免受外界干擾。屏蔽盒的高度取屏蔽盒的高度取H (56)h，接地板寬接地板寬度取度取a (56)w 。第三章 微波集成傳輸線之微帶傳輸線微波技術與天線 2wr 2br 2wr 2hr14rh傳輸線類型主 模截止波長c單模傳輸條件矩形波導TE10模2aa2b圓波導TE11模3.41R2.62R/2(D+d)帶狀線TEM模 ，微帶線準TEM模 各類傳輸線內(nèi)傳輸?shù)闹髂＜捌浣刂共ㄩL和單模傳輸條件列表如下各類傳輸線內(nèi)傳輸?shù)闹髂＜捌浣?/p>

33、止波長和單模傳輸條件列表如下：第三章 微波集成傳輸線之微帶傳輸線微波技術與天線3. 耦合微帶線耦合微帶線 耦合微帶線，它是由兩根平行放置、彼此靠得很近的耦合微帶線，它是由兩根平行放置、彼此靠得很近的微帶線所構(gòu)成。耦合微帶線可用來設計各種微帶線所構(gòu)成。耦合微帶線可用來設計各種定向耦合定向耦合器、濾波器、平衡不平衡變換器器、濾波器、平衡不平衡變換器等。等。耦合微帶線和微耦合微帶線和微帶線一樣是部分填充介質(zhì)的不均勻結(jié)構(gòu)，因此其上傳帶線一樣是部分填充介質(zhì)的不均勻結(jié)構(gòu)，因此其上傳輸不是純輸不是純TEM模，而是具有色散特性的混合模，故分模，而是具有色散特性的混合模，故分析較為復雜。一般采用析較為復雜。一般

34、采用準準TEM模的奇偶模法模的奇偶模法進行分析。進行分析。 bwsw第三章 微波集成傳輸線之微帶傳輸線微波技術與天線1) 奇偶模分析方法 設兩耦合線上的電壓分布分別為設兩耦合線上的電壓分布分別為U1(z)和和U2(z)，線上電，線上電流分別為流分別為I1(z)和和I2(z)；且傳輸線工作在無耗狀態(tài)，此時且傳輸線工作在無耗狀態(tài)，此時兩耦合線上任一微分段兩耦合線上任一微分段dz可等效為如圖所示：可等效為如圖所示：其中，其中，Ca、Cb為各自獨立的分布電容，為各自獨立的分布電容，Cab為互分布電容，為互分布電容， La、Lb為各自獨立的分布電感，為各自獨立的分布電感，M為互分布電感。為互分布電感。M

35、LaLbCaCbCabI1I2I1+dI1I2+dI2U2U1U1+dU1U2+dU2第三章 微波集成傳輸線之微帶傳輸線微波技術與天線 對于對稱耦合微帶有：對于對稱耦合微帶有：Ca=Cb， La=Lb=L。 由電路理論可得：由電路理論可得： 212211212211CUjUCjdzdIUCjCUjdzdILIjMIjdzdUMIjLIjdzdUabab其中，其中， L=La，C=Ca+Cab分別表示另一根耦合線存在時分別表示另一根耦合線存在時的單線分布電感和分布電容，此即耦合傳輸線方程。的單線分布電感和分布電容，此即耦合傳輸線方程。第三章 微波集成傳輸線之微帶傳輸線微波技術與天線 對于對稱耦合

36、微帶線，我們可以對于對稱耦合微帶線，我們可以將激勵分為奇模激將激勵分為奇模激勵和偶模激勵勵和偶模激勵偶模激勵偶模激勵U1=U2=Ue 奇模激勵奇模激勵U1=U2=Uo偶模激勵偶模激勵：將振幅相等、相位相同的電壓將振幅相等、相位相同的電壓Ue加在耦合線上，加在耦合線上，以形成偶對稱的激勵狀態(tài)。以形成偶對稱的激勵狀態(tài)。奇模激勵：奇模激勵：將振幅相等、相位相反的電壓將振幅相等、相位相反的電壓Uo和和- Uo加在耦加在耦合線上，以形成奇對稱的激勵狀態(tài)。合線上，以形成奇對稱的激勵狀態(tài)。電流描述？電流描述？第三章 微波集成傳輸線之微帶傳輸線微波技術與天線（1）偶模激勵）偶模激勵 此時，在耦合傳輸線方程中令

37、此時，在耦合傳輸線方程中令U1=U2=Ue和和I1=I2=Ie 得：得：ee)(jdd)(jddUCCzIIMLzUabee于是可得于是可得偶模傳輸線方程偶模傳輸線方程： 0)1)(1 (dd0)1)(1 (dde22e2e222IKKLCzIUKKLCzUCLCLe其中，其中，KL=M/L 、KC=Cab/C分別為電感耦合函數(shù)和電容耦合函數(shù)。分別為電感耦合函數(shù)和電容耦合函數(shù)。 第三章 微波集成傳輸線之微帶傳輸線微波技術與天線由第一章均勻傳輸線理論可得由第一章均勻傳輸線理論可得偶模傳輸常數(shù)，相速及特性阻抗偶模傳輸常數(shù)，相速及特性阻抗分別為：分別為：)1 ()1 (1)1)(1 (1)1)(1 (0e0epeeCLepeCLCLKCKLCZKKLCKKLC其中，其中，C0e=C(1KC)= Ca為偶模電容。為偶模電容。 偶模激勵時電力線偶模激勵時電力線磁壁磁壁第三章 微波集成傳輸線之微帶傳輸線微波技術與天線（2）奇模激勵 此時，在耦合傳輸線方程中令此時，在耦合傳輸線方程中令U1=U2=Uo和和I1=I2=Io ，采用與偶，采用與偶模激