微波技術(shù)與天線 _第一章1.7

1、微波技術(shù)與天線微波技術(shù)與天線作者：作者： 于于 明明 清清日期：日期：2014-02-28微波技術(shù)與天線微波技術(shù)與天線編著編著曹祥玉曹祥玉高高軍軍曾越勝曾越勝楊楊芳芳2022-4-251高等學(xué)校信息工程類專業(yè)規(guī)劃教材高等學(xué)校信息工程類專業(yè)規(guī)劃教材西安電子科技大學(xué)出版社西安電子科技大學(xué)出版社 Http:/微波技術(shù)與天線微波技術(shù)與天線作者：作者： 于于 明明 清清日期：日期：2014-02-282022-4-252 回顧回顧 傳輸線的種類傳輸線的種類第一章第一章 傳輸線理論傳輸線理論微波技術(shù)與天線微波技術(shù)與天線作者：作者： 于于 明明 清清日期：日期：2014-02-282022-4-253各種微

2、波集成傳輸線各種微波集成傳輸線第一章第一章 傳輸線理論傳輸線理論微波集成傳輸線微波集成傳輸線微波技術(shù)與天線微波技術(shù)與天線作者：作者： 于于 明明 清清日期：日期：2014-02-282022-4-254微波集成傳輸線的種類微波集成傳輸線的種類歸納起來可以分為四大類： 準(zhǔn)TEM波傳輸線, 主要包括微帶傳輸線和共面波導(dǎo)等; 非TEM波傳輸線, 主要包括槽線、 鰭線等; 開放式介質(zhì)波導(dǎo)傳輸線, 主要包括介質(zhì)波導(dǎo)、鏡像波導(dǎo) 半開放式介質(zhì)波導(dǎo), 主要包括H形波導(dǎo)、G形波導(dǎo)等。 第一章第一章 傳輸線理論傳輸線理論本本 節(jié)主要討論微帶傳輸線及其傳輸特性。節(jié)主要討論微帶傳輸線及其傳輸特性。微波技術(shù)與天線微波技

3、術(shù)與天線作者：作者： 于于 明明 清清日期：日期：2014-02-28第一章第一章 傳輸線理論傳輸線理論2022-4-2551.7 微帶傳輸線微帶傳輸線（Microstrip Transmission line）微帶傳輸線的基本結(jié)構(gòu)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(dǎo)體對半分開后, 再將兩半外導(dǎo)體向左右展平, 并將內(nèi)導(dǎo)體制成扁平帶線。1.7.1 1.7.1 帶狀線帶狀線( (StriplineStripline) )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(zhì)傳輸線，他可以看成是由同軸線演變而來。bwtEr微波技術(shù)與天線微波技術(shù)與天線作者：作者：

4、 于于 明明 清清日期：日期：2014-02-28第一章第一章 傳輸線理論傳輸線理論2022-4-2561.7 微帶傳輸線微帶傳輸線（microstrip transmission line）1.7.1 1.7.1 帶狀線帶狀線( (StriplineStripline) )由于帶狀線由同軸線演化而來由于帶狀線由同軸線演化而來, 因此與同軸線具有相似的因此與同軸線具有相似的特性特性, 這主要體現(xiàn)在其傳輸主模也為這主要體現(xiàn)在其傳輸主模也為TEM, 也存在高次也存在高次TE和和TM模。帶狀線的傳輸特性參量主要有模。帶狀線的傳輸特性參量主要有: 特性阻抗特性阻抗Z Z0 0、衰減常數(shù)、衰減常數(shù)、相速

5、、相速v vp p和波導(dǎo)波長和波導(dǎo)波長g g。 1) 特性阻抗特性阻抗Z Z0 0 由于帶狀線上的傳輸主模為TEM模, 因此可以用準(zhǔn)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)。 可知, 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。 0Z =/1/ (C)pL Cv1/prvLCc 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(jié)果中包含了橢圓函數(shù)而且對有厚度的情形還需修正, 故不便于工程應(yīng)用。 在這里給出了一組比較實用的公式, 這組公式分為導(dǎo)帶厚度為零和導(dǎo)帶厚度不為零兩種情況。 微波技術(shù)與天線微波技術(shù)與天線作

6、者：作者： 于于 明明 清清日期：日期：2014-02-28第一章第一章 傳輸線理論傳輸線理論2022-4-2571.7 微帶傳輸線微帶傳輸線（microstrip transmission line）1.7.1 1.7.1 帶狀線帶狀線( (StriplineStripline) )(一一) 中心導(dǎo)帶厚度中心導(dǎo)帶厚度t0時的特性阻抗計算公式時的特性阻抗計算公式002018coshrWpbrZv Care (二二) 中心導(dǎo)帶厚度中心導(dǎo)帶厚度t0時的特性阻抗計算公式時的特性阻抗計算公式0020-18coshrWpbrtbZv Care （1） 但用上式計算仍然比較麻煩，所以將但用上式計算仍然比較

7、麻煩，所以將Z0與帶狀線的尺寸關(guān)系繪制成與帶狀線的尺寸關(guān)系繪制成曲線，供工程使用。曲線，供工程使用。微波技術(shù)與天線微波技術(shù)與天線作者：作者： 于于 明明 清清日期：日期：2014-02-28第一章第一章 傳輸線理論傳輸線理論2022-4-2581.7 微帶傳輸線微帶傳輸線（microstrip transmission line）1.7.1 1.7.1 帶狀線帶狀線( (StriplineStripline) )帶狀線特性阻抗隨形狀參數(shù)帶狀線特性阻抗隨形狀參數(shù)w/b的變化曲線的變化曲線 微波技術(shù)與天線微波技術(shù)與天線作者：作者： 于于 明明 清清日期：日期：2014-02-28第一章第一章 傳輸

8、線理論傳輸線理論2022-4-2591.7 微帶傳輸線微帶傳輸線（microstrip transmission line）1.7.1 1.7.1 帶狀線帶狀線( (StriplineStripline) )2) 2) 帶狀線的衰減常數(shù)帶狀線的衰減常數(shù)帶狀線的衰減包含兩部分：介質(zhì)衰減和導(dǎo)體衰減。帶狀線的衰減包含兩部分：介質(zhì)衰減和導(dǎo)體衰減。介質(zhì)衰減介質(zhì)衰減d d0001tan (/)227.3tan (/)rdrGZNP mdB m微波技術(shù)與天線微波技術(shù)與天線作者：作者： 于于 明明 清清日期：日期：2014-02-28第一章第一章 傳輸線理論傳輸線理論2022-4-25101.7 微帶傳輸線微

9、帶傳輸線（microstrip transmission line）1.7.1 1.7.1 帶狀線帶狀線( (StriplineStripline) )2.2.導(dǎo)體衰減導(dǎo)體衰減c c300002.7 1030 ()0.16srrcsrRZAZbtRBZZ bp120p 12022121ln0.414141(0.5ln)0.50.72sRWbtbtAbtbttbtWBWtWt 其中其中Rs為表面電阻微波技術(shù)與天線微波技術(shù)與天線作者：作者： 于于 明明 清清日期：日期：2014-02-28第一章第一章 傳輸線理論傳輸線理論2022-4-25111.7 微帶傳輸線微帶傳輸線（microstrip t

10、ransmission line）1.7.1 1.7.1 帶狀線帶狀線( (StriplineStripline) )帶狀線傳輸?shù)闹髂Ｊ菐罹€傳輸?shù)闹髂Ｊ荰EM模，但若帶狀線的尺寸選擇不當(dāng)，可能出現(xiàn)高次模，但若帶狀線的尺寸選擇不當(dāng)，可能出現(xiàn)高次TE模和模和TM模。模。帶狀線的選擇應(yīng)考慮以下因素：帶狀線的選擇應(yīng)考慮以下因素：(1) 中心導(dǎo)帶寬度Wmin2rW(2) 接地板間距bmin2rb注意注意：為了減少輻射損耗，接地板寬度不應(yīng)少于(36)W，b/2。微波技術(shù)與天線微波技術(shù)與天線作者：作者： 于于 明明 清清日期：日期：2014-02-28第一章第一章 傳輸線理論傳輸線理論2022-4-251

11、21.7 微帶傳輸線微帶傳輸線（microstrip transmission line）1.7.2 1.7.2 微帶微帶(Microstrip)(Microstrip)微帶又稱為標(biāo)準(zhǔn)微帶線，是一種單接地板固體介質(zhì)傳輸線。帶狀線微帶線帶狀線和微帶線演變示意圖帶狀線和微帶線演變示意圖微波技術(shù)與天線微波技術(shù)與天線作者：作者： 于于 明明 清清日期：日期：2014-02-28第一章第一章 傳輸線理論傳輸線理論2022-4-25131.7 微帶傳輸線微帶傳輸線（microstrip transmission line）1.7.2 1.7.2 微帶微帶(Microstrip)(Microstrip)er

12、hwt微帶線演變示意圖微帶線演變示意圖微波技術(shù)與天線微波技術(shù)與天線作者：作者： 于于 明明 清清日期：日期：2014-02-28第一章第一章 傳輸線理論傳輸線理論2022-4-25141.7 微帶傳輸線微帶傳輸線（microstrip transmission line）1.7.2 1.7.2 微帶微帶(Microstrip)(Microstrip)1. 微帶的第一個特點(diǎn)是非機(jī)械加工，它采用金屬薄膜工藝，而不是象帶線要做機(jī)加工基片打孔蒸發(fā)光刻腐蝕電鍍微帶工藝微帶工藝 實物照片實物照片微帶的基本特征微帶的基本特征微波技術(shù)與天線微波技術(shù)與天線作者：作者： 于于 明明 清清日期：日期：2014-02

13、-28第一章第一章 傳輸線理論傳輸線理論2022-4-25151.7 微帶傳輸線微帶傳輸線（microstrip transmission line）1.7.2 1.7.2 微帶微帶(Microstrip)(Microstrip)2. 一般地說，微帶均有介質(zhì)填充，因此電磁波在其中傳播時產(chǎn)生波長縮短。3. 結(jié)構(gòu)上微帶屬于不均勻結(jié)構(gòu)。 ererhwwtt微帶的有效介電常數(shù)微帶的有效介電常數(shù) 定義定義 r為了處理方便經(jīng)常提出有效介電常數(shù)(它是全空間填充的)，注意是相對的。 微波技術(shù)與天線微波技術(shù)與天線作者：作者： 于于 明明 清清日期：日期：2014-02-28第一章第一章 傳輸線理論傳輸線理論20

14、22-4-25161.7 微帶傳輸線微帶傳輸線（microstrip transmission line）1.7.2 1.7.2 微帶微帶(Microstrip)(Microstrip)0gr010rZZ為了便于分析，將微帶等效為均勻微帶，等效條件是為了便于分析，將微帶等效為均勻微帶，等效條件是g g、Z Z0 0也是相同的。即也是相同的。即：Z Z0 0是介質(zhì)微帶的特征阻抗，是介質(zhì)微帶的特征阻抗， Z Z0101是空氣微帶的特征阻抗。是空氣微帶的特征阻抗。4. 4. 嚴(yán)格說來，微帶不是嚴(yán)格說來，微帶不是TEMTEM波傳輸線，可稱之為準(zhǔn)波傳輸線，可稱之為準(zhǔn)TEMTEM模模( (QuasiQua

15、siTEM mode)TEM mode)，然而作為工程分析，這種概念和精度已足夠滿足要求。同樣，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(jié)構(gòu)它也是寬帶結(jié)構(gòu)。微波技術(shù)與天線微波技術(shù)與天線作者：作者： 于于 明明 清清日期：日期：2014-02-28第一章第一章 傳輸線理論傳輸線理論2022-4-25171.7 微帶傳輸線微帶傳輸線（microstrip transmission line）1.7.2 1.7.2 微帶微帶(Microstrip)(Microstrip)5. 5. 容易集成。用來制作微波集成電路。和有源器件、半導(dǎo)體管構(gòu)容易集成。用來制作微波集成電路。和有源器

16、件、半導(dǎo)體管構(gòu)成放大、混頻和振蕩電路成放大、混頻和振蕩電路。常用的基片有兩種：常用的基片有兩種： 氧化鋁氧化鋁AlAl2 2O O3 3陶瓷陶瓷 r r=90=909999 聚四氟乙烯或聚氯乙烯聚四氟乙烯或聚氯乙烯 r r=2.50=2.50左右。左右。工程上，常常認(rèn)為微帶線中近似傳播工程上，常常認(rèn)為微帶線中近似傳播TEM波，所以波，所以 0L1=CpZv C微波技術(shù)與天線微波技術(shù)與天線作者：作者： 于于 明明 清清日期：日期：2014-02-28第一章第一章 傳輸線理論傳輸線理論2022-4-25181.7 微帶傳輸線微帶傳輸線（microstrip transmission line）1.

17、7.2 1.7.2 微帶微帶(Microstrip)(Microstrip)1=LCpecv其中，其中，vp 是微帶中的相速。根據(jù)等價定義：是微帶中的相速。根據(jù)等價定義： 式中，式中，c 是真空中的光速，是真空中的光速，e為介質(zhì)的有效介電常數(shù)為介質(zhì)的有效介電常數(shù)。若介。若介質(zhì)為空氣，其分布電容為質(zhì)為空氣，其分布電容為C C0 0，則有，則有0eCC說明介質(zhì)的有效介電常數(shù)等于填充說明介質(zhì)的有效介電常數(shù)等于填充介質(zhì)的電容與充空氣時的電容之比。介質(zhì)的電容與充空氣時的電容之比。則：則： 10012001Z=eCZZC（）求求Z0和和vp的問題變成求的問題變成求C0和和C的問題。的問題。這樣問題就簡單多

18、了。這樣問題就簡單多了。微波技術(shù)與天線微波技術(shù)與天線作者：作者： 于于 明明 清清日期：日期：2014-02-28第一章第一章 傳輸線理論傳輸線理論2022-4-25191.7 微帶傳輸線微帶傳輸線（microstrip transmission line）1.7.2 1.7.2 微帶微帶(Microstrip)(Microstrip)可以求出微帶的特征阻抗和介質(zhì)的有效介電常數(shù)（近似公式）可以求出微帶的特征阻抗和介質(zhì)的有效介電常數(shù)（近似公式）0160ln(8)411(1 12)0.04(1)22rrrehWZWhhWWhW/hW/h=1 窄帶窄帶01/21201.3930.667ln1.444 /1111 1222rrreZWWWhhhhW 寬帶微波技術(shù)與天線微波技術(shù)與天線作者：作者： 于于 明明 清清日期：日期：2014-02-28第一章第一章 傳輸線理論傳輸線理論2022-4-25201.7 微帶傳輸線微帶傳輸線（microstrip transmission line）1.7.2 1.7.2 微帶微帶(Microstrip)(Microstrip)微帶損耗也是包含介質(zhì)損耗和導(dǎo)體損耗，與帶狀線類似。另外，微帶損耗也是包含介質(zhì)損耗和導(dǎo)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(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)。微帶的工作頻率也同樣受到限制，與微帶的結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)。0