微波電路西電雷振亞老師的傳輸線理論學(xué)習(xí)教案

1、會計(jì)學(xué)1微波電路西電雷振亞老師微波電路西電雷振亞老師(losh)的傳輸?shù)膫鬏斁€理論線理論第一頁，共95頁。,(dinli)密度可表示為2alRdc（2-1） 20aIJz（2-2） 第2頁/共95頁第二頁，共95頁。進(jìn) 一 步 研 究 表 明 ， 在 射 頻（f500MHz）范圍此導(dǎo)線相對于直流狀態(tài)的電阻和電感可分別表示為22aRLaRRdcdc（2-3a） （2-3b） 第3頁/共95頁第三頁，共95頁。向的電流密度可以表示為)()(210paJprJapIJz（2-5）第4頁/共95頁第四頁，共95頁。第5頁/共95頁第五頁，共95頁。圖 2-1 交流(jioli)狀態(tài)下銅導(dǎo)線橫截面電流密

2、度對直流情況的歸一化值第6頁/共95頁第六頁，共95頁。圖2-2 半徑a=1mm的銅導(dǎo)線在不同頻率下的Jz/Jz0相對(xingdu)于r的曲線 21.81.61.41.210.80.60.40.2000.11 kHz0.30.40.50.60.70.80.9110 kHz100 kHz1 MHz100 MHz1 GHz10 MHzr / mmJz / Jz00.2第7頁/共95頁第七頁，共95頁。身就具有一定的電感量,這個(gè)電感在射頻/微波電路中,會影響電路的工作性能。電感值與導(dǎo)線的長度形狀、 工作頻率有關(guān)。工程中要謹(jǐn)慎設(shè)計(jì),合理使用金屬(jnsh)導(dǎo)線的電感。n金屬(jnsh)導(dǎo)線可以看作一

3、個(gè)電極,它與地線或其他電子元件之間存在一定的電容量,這個(gè)電容對射頻/微波電路的工作性能也會有較大的影響。對導(dǎo)線寄生電容的考慮是射頻/微波工程設(shè)計(jì)的一項(xiàng)主要任務(wù)。第8頁/共95頁第八頁，共95頁。第9頁/共95頁第九頁，共95頁。第10頁/共95頁第十頁，共95頁。nn（2-6b）n當(dāng)電阻厚度(hud)一定時(shí),電阻值與長寬比成正比。WHLR(2-6a) HRh1WLRRh第11頁/共95頁第十一頁，共95頁。LWH圖2-3 物質(zhì)(wzh)的體電阻第12頁/共95頁第十二頁，共95頁。電路還要考慮線繞部分造成的電感量L1和繞線間的電容C1,引線間電容Cb與內(nèi)部的繞線電容相比一般較小,可以忽略,等效

4、電路如圖2-5所示。第13頁/共95頁第十三頁，共95頁。圖2- 4 電阻(dinz)的等效電路 RCaLLCb第14頁/共95頁第十四頁，共95頁。圖 2-5 線繞電阻(dinz)的等效電路 RC1L2L2C2L1第15頁/共95頁第十五頁，共95頁。第16頁/共95頁第十六頁，共95頁。圖2-6 電阻的阻抗(zkng)絕對值與頻率的關(guān)系103102101100101102103106107108109101010111012理想電阻電容效應(yīng)電感效應(yīng)f / Hz| Z | /第17頁/共95頁第十七頁，共95頁。(yuxin)阻抗值。這一結(jié)果說明,看似與頻率無關(guān)的電阻器,用于射頻/微波波段將

5、不再僅是一個(gè)電阻器,應(yīng)用中應(yīng)特別加以注意。n電阻的基本結(jié)構(gòu)為圖2-3所示長方體。在微波集成電路中,為了優(yōu)化電路結(jié)構(gòu)和某些寄生參數(shù),會用到曲邊矩形電阻。第18頁/共95頁第十八頁，共95頁。dAdACr0第19頁/共95頁第十九頁，共95頁。導(dǎo)率。n在射頻/微波應(yīng)用中,還要考慮引線電感L以及引線導(dǎo)體損耗(snho)的串聯(lián)電阻Rs和介質(zhì)損耗(snho)電阻Re,故電容器的等效電路如圖2-7所示。CjGZe1（2-8） dAGde（2-9） 第20頁/共95頁第二十頁，共95頁。圖2-7 射頻(sh pn)電容的等效電路 CLReRg第21頁/共95頁第二十一頁，共95頁。第22頁/共95頁第二十二

6、頁，共95頁。圖2-8 電容(dinrng)阻抗的絕對值與頻率的關(guān)系1021011f / Hz| Z | /1011001011021091010108理想電容實(shí)際電容第23頁/共95頁第二十三頁，共95頁。結(jié)構(gòu)纏繞而成,如圖2-9所示。第24頁/共95頁第二十四頁，共95頁。圖2-9 在電感線圈中的分布電容和串聯(lián)(chunlin)電阻RdCdRd第25頁/共95頁第二十五頁，共95頁。,效電路圖如圖2-10 所示。lNrL202第26頁/共95頁第二十六頁，共95頁。圖2-10 高頻(o pn)電感的等效電路LRsCs第27頁/共95頁第二十七頁，共95頁。為繞成線圈的導(dǎo)線總長度,根據(jù)式（2

7、-7）可求得Cs=0.087 pF。導(dǎo)線的自身阻抗由式（2-1）可求得,即0.034。于是可得圖2-10所示等效電路對應(yīng)的阻抗頻率特性曲線如圖2-11所示。第28頁/共95頁第二十八頁，共95頁。圖2-11 電感阻抗的絕對值與頻率(pnl)的關(guān)系f / Hz| Z | /1051010理想電感1041031021011081091011實(shí)際電感第29頁/共95頁第二十九頁，共95頁。第30頁/共95頁第三十頁，共95頁。電路中均包含儲能元件和耗能元件,其中電容、 電感代表儲能元件,電阻代表耗能元件。由兩者的比值關(guān)系可以看出,元件的耗能越小,Q值越高。當(dāng)元件的損耗趨于無窮小,即Q值無限大時(shí),電路

8、越接近于理想電路。在某些射頻/微波電路設(shè)計(jì)中,Q值概念清晰,計(jì)算方便。元件耗能元件的儲能Q第31頁/共95頁第三十一頁，共95頁。第32頁/共95頁第三十二頁，共95頁。圖2-12 單位(dnwi)長度傳輸線的等效電路源LRCG負(fù)載第33頁/共95頁第三十三頁，共95頁。nU(z)=U+e-z+U-eznI(z)=I+e-z-I-ez 0)()()()()(0)()()()()(222222zILGRCjzILCRGdzzIdzULGRCjzULCRGdzzUd(2-11) (2-12) 第34頁/共95頁第三十四頁，共95頁。jCjGLjR)(2-13) UCjGdzdIILjRdzdU)(

9、)(2-14) 第35頁/共95頁第三十五頁，共95頁。有損耗,無耗傳輸線的傳輸系數(shù)及特性阻抗Z0分別為CjGIUCjGLjRCjGIUIUZ0CLZLCjj0第36頁/共95頁第三十六頁，共95頁。n其中Y0定義為傳輸線的特性導(dǎo)納: jCGLRLCLCj)(2（2-15） )(21)(200GZRYCGLRLCLCZY001第37頁/共95頁第三十七頁，共95頁。nez (2-16) 第38頁/共95頁第三十八頁，共95頁。圖2-13 傳輸線電路(dinl)源I(z)IezIezzLU(z)UezUezILUUz0ZLULz第39頁/共95頁第三十九頁，共95頁。(2-17) )(0UUUU

10、ZIUZLLL(2-18) )(10UUZIL(2-19) 第40頁/共95頁第四十頁，共95頁。)11(0LLLLLZZZz(2-20) LjLLLLeZZUU11(2-21) 第41頁/共95頁第四十一頁，共95頁。時(shí),|L|1, 為行駐波狀態(tài)。n線上任意點(diǎn)的反射系數(shù)為n(z)=|L|ejL-j2z(2-22a)n定義駐波比VSWR和回波損耗RL為nLLLRLVSWRlg20,11(2-22b)第42頁/共95頁第四十二頁，共95頁。n（2） 當(dāng)L =/2時(shí), Zin=ZL。n（ 3 ）當(dāng) L = / 4時(shí),Zin=Z20/ZL。LjLLjLjLjeeUUeUeUL22)( (2-23)

11、)tan()tan(000LjZZLjZZZZLLin (2-24) 第43頁/共95頁第四十三頁，共95頁。)tanh()tanh(000LjZZLjZZZZLLin(2-26)第44頁/共95頁第四十四頁，共95頁。著近年來電子版圓圖的普及,使得史密斯圓圖得到了大量應(yīng)用。第45頁/共95頁第四十五頁，共95頁。222222222222011111112111111xxrrrrrjezzjxrZZziriririiririrLjLLLLLL(2-27) (2-28) (2-29) 第46頁/共95頁第四十六頁，共95頁。第47頁/共95頁第四十七頁，共95頁。圖 2-14 等電阻(dinz)

12、圓 10421.20.90.60.30.10第48頁/共95頁第四十八頁，共95頁。圖 2-15 等電抗(dinkng)圓 0.51031.20.80.30.100.10.30.50.81.2310容抗感抗第49頁/共95頁第四十九頁，共95頁。第50頁/共95頁第五十頁，共95頁。圖 2-16 常用(chn yn)射頻/微波傳輸線同軸線微帶線帶狀線共面波導(dǎo)縫隙線懸置微帶線矩形波導(dǎo)圓波導(dǎo)鰭線介質(zhì)波導(dǎo)第51頁/共95頁第五十一頁，共95頁。第52頁/共95頁第五十二頁，共95頁。n（2） 電特性參數(shù): 特性阻抗Z0、 工作頻率f0、工作波長0、波導(dǎo)波長g和電長度（角度）。n（3） 微帶線參數(shù)：寬

13、度W、長度L和單位長度衰減量AdB。第53頁/共95頁第五十三頁，共95頁。圖 2-17 微帶線的橫截面結(jié)構(gòu)(jigu)示意圖xyrr導(dǎo)體1Wht介質(zhì)材料導(dǎo)體2O第54頁/共95頁第五十四頁，共95頁。AdB）。第55頁/共95頁第五十五頁，共95頁。dcgeeeaaALthtwtwtwW2)2ln(1 )4ln(1 517. 0293. 0) 1ln(1)12ln() 1(2)418(1rrrHHedddheehw高阻 Z044-2r 低阻 Z044-2r 第56頁/共95頁第五十六頁，共95頁。rrrercreerrdegZdHZffafca020000095.59)4ln12(ln112

14、19 .119) 1(22110ln2000tan1173. 2第57頁/共95頁第五十七頁，共95頁。第58頁/共95頁第五十八頁，共95頁。)101 (2121)4ln12(ln11211212)4ln12(ln) 1(21)244ln() 1(29 .1199 . 02ln2ln21216ln4ln229 .11921220errrrrregrrrrrrrwhHpWhWhhWeehWZ 寬帶(kun di) W3.3h 窄帶(zhi di) W3.3h 高阻Z044-2r 低阻Z044-2r 第59頁/共95頁第五十九頁，共95頁。第60頁/共95頁第六十頁，共95頁。,計(jì)算任務(wù)。第61

15、頁/共95頁第六十一頁，共95頁。n高速傳送信號的基板材料一般有陶瓷材料、玻纖布、聚四氟乙烯、 其他熱固性樹脂等。表2-1給出了微波集成電路中常用介質(zhì)材料的特性。就微帶加工工藝而言,這些材料有兩種實(shí)現(xiàn)方式：(1) 在基片上沉淀金屬導(dǎo)帶,這類材料主要是陶瓷類剛性材料。這種方法工藝復(fù)雜,加工周期長,性能指標(biāo)好,在毫米波或要求高的場合使用。第62頁/共95頁第六十二頁，共95頁。第63頁/共95頁第六十三頁，共95頁。表2-1 微波集成電路(jchng-dinl)中常用介質(zhì)材料的特性第64頁/共95頁第六十四頁，共95頁。表2-2 覆銅板(tngbn)基材的國內(nèi)外主要生產(chǎn)廠家 第65頁/共95頁第六

16、十五頁，共95頁。影響。目前的銅箔類型有壓延銅箔和電解銅箔兩類。壓延銅箔較電解銅箔更適合(shh)于制造高精密圖形,所以在材料訂貨時(shí),可以考慮選擇壓延銅箔的基材板。第66頁/共95頁第六十六頁，共95頁。足介電性能的前提下,應(yīng)盡可能選擇z軸熱膨脹系數(shù)小的基材； 二是濕度對基材板選擇的影響(yngxing),基材樹脂本身吸水性很小,但加入增強(qiáng)材料后,其整體的吸水性增大,在高濕環(huán)境下使用時(shí)會對介電性能產(chǎn)生影響(yngxing),因而選材時(shí)應(yīng)選擇吸水性小的基材或采取結(jié)構(gòu)工藝上的措施進(jìn)行保護(hù)。第67頁/共95頁第六十七頁，共95頁。第68頁/共95頁第六十八頁，共95頁。中,TMM10基材中填充的陶瓷

17、粉較多,性能(xngnng)較脆,給圖形制造和外形加工過程帶來很大難度,容易缺損或形成內(nèi)在裂紋,成品率相對較低。目前對TMM10板材外形加工采用的是激光切割的方法,成本高,效率低,生產(chǎn)周期長。所以,在可能的情況下,可考慮優(yōu)先選擇ROGERS公司符合介電性 能 ( x n g n n g ) 要 求 的RT/Duroid系列基材板。第69頁/共95頁第六十九頁，共95頁。應(yīng)的調(diào)整(tiozhng)。電鍍鎳金工藝流程被細(xì)分為電鍍鎳金的陽版工藝流程和電鍍鎳金的陰版工藝流程。工藝說明如下:n（1） 線路圖形互連時(shí),可選用圖形電鍍鎳金的陰版工藝流程。n（2） 為提高微波印制板的制造合格率,盡量采用圖形電

18、鍍鎳金的陰版工藝流程。如果采用圖形電鍍鎳金的陽版工藝流程,若操作控制不當(dāng),會出現(xiàn)滲鍍鎳金的質(zhì)量問題。第70頁/共95頁第七十頁，共95頁。n（5） 當(dāng)線路制造精度要求為0.03 mm以上時(shí),各流程之相應(yīng)處可采用干膜（或濕膜）制板工藝方法。n第71頁/共95頁第七十一頁，共95頁。n微波印制板的制造正向著FR-4普通剛性印制板的加工方向發(fā)展,越來越多的剛性印制板制造工藝和技術(shù)運(yùn)用到微波印制板的加工上來,具體表現(xiàn)在微波印制板制造的多層化、 線路制造精度的細(xì)微化、數(shù)控加工的三維化和表面涂覆的多樣化。第72頁/共95頁第七十二頁，共95頁。趨勢。n第73頁/共95頁第七十三頁，共95頁。(jid)會提

19、出更高要求,如普遍解決聚四氟乙烯基板的孔金屬化,解決帶鋁襯底微波板的接地(jid)。第74頁/共95頁第七十四頁，共95頁。數(shù)控加工,以及高精度微波(wib)印制板的批生產(chǎn)檢驗(yàn),已經(jīng)離不開計(jì)算機(jī)技術(shù)。因此,需將微波(wib)印制板的CAD與CAM、 CAT連接起來,通過對CAD設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)處理和工藝干預(yù),生成相應(yīng)的數(shù)控加工文件和數(shù)控檢測文件,用于微波(wib)印制板生產(chǎn)的工序控制、工序檢驗(yàn)和成品檢驗(yàn)。第75頁/共95頁第七十五頁，共95頁。工藝方法,經(jīng)過大量的工藝實(shí)驗(yàn),優(yōu)化各相關(guān)工序的工藝參數(shù),并確定(qudng)各工序的工藝余量。第76頁/共95頁第七十六頁，共95頁。證在惡劣環(huán)境下微帶圖形不

20、被損壞。這其中除微帶圖形表面的可焊性鍍層外,最主要的是應(yīng)解決既有效防護(hù)又不影響微波性能(xngnng)的三防保護(hù)技術(shù)。第77頁/共95頁第七十七頁，共95頁。時(shí)還存在微帶圖形的保護(hù)問題。第78頁/共95頁第七十八頁，共95頁。采用(ciyng)先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制數(shù)控加工技術(shù)。但帶鋁襯板微波印制板的外形加工技術(shù)既不同于金屬材料加工,也不同于非金屬材料加工。由于金屬材料和非金屬材料共同存在,它的加工刀具、 加工參數(shù)等以及加工機(jī)床都具有極大的特殊性,也有大量的技術(shù)問題需要解決。外形加工工序是微波印制板制造過程中周期最長的一道工序,因而外形加工技術(shù)解決的好壞直接關(guān)系到整個(gè)微波印制板的加工周期長短,并影響到產(chǎn)品的研制或生產(chǎn)周期。第79頁/共95頁第七十九頁，共95頁。第80頁/共95頁第八十頁，共95頁。第81頁/共95頁第八十一頁，共95頁。5 . 111 98.13lg20 75507550) 1 (00LLLLLLLVSWRRZZZZ)60180(002 . 0 )2058(tantan)2(jjdinLLLineejjZZj