第二章 微波集成傳輸線-2.3其他類型

1、電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義2.3 其他類型集成傳輸線帶狀線帶狀線懸置微帶和倒置微帶懸置微帶和倒置微帶共面共面波導(dǎo)波導(dǎo)鰭線鰭線p其他類型集成傳輸線其他類型集成傳輸線槽線槽線TEM波傳輸線準(zhǔn)TEM波傳輸線非TEM波類傳輸線電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義2.3.1 帶狀線u帶狀線傳輸帶狀線傳輸TEM波波，主要由，主要由三導(dǎo)體三導(dǎo)體構(gòu)成，故又稱為三板線構(gòu)成，故又稱為三板線或夾心線?；驃A心線。u同軸線到帶狀線演變過(guò)程同軸線到帶狀線演變過(guò)程電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義2.3.1 2.3.1 帶狀線帶狀線u帶狀線是早期微波集成電路采取的主要傳輸線形式，帶狀線是早期微波集成

2、電路采取的主要傳輸線形式，主要用于實(shí)現(xiàn)微波無(wú)源元件，如功率分配器、濾波主要用于實(shí)現(xiàn)微波無(wú)源元件，如功率分配器、濾波器、定向耦合器、器、定向耦合器、balunbalun等。等。u在在LTCCLTCC電路電路中應(yīng)用：中間中應(yīng)用：中間層信號(hào)層信號(hào)傳輸傳輸電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義u特性參數(shù)特性參數(shù)2.3.1帶狀線帶狀線 相速：相速：prc式中，式中，c c為光速，為光速，rr為帶狀線中填充介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)為帶狀線中填充介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)。 波導(dǎo)波長(zhǎng)：波導(dǎo)波長(zhǎng)：0gr式中，式中，00為自由空間中為自由空間中TEMTEM波波長(zhǎng)波波長(zhǎng)電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義2.3.1 帶狀

3、線帶狀線u特性阻抗特性阻抗001rcpZCcCC C0 0為為單單位位長(zhǎng)帶狀線長(zhǎng)帶狀線的分布的分布參數(shù)參數(shù)電電容容：由由帶狀線帶狀線的的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)尺寸和尺寸和填填充介充介質(zhì)決質(zhì)決定定。分布分布參數(shù)電參數(shù)電容可用保角容可用保角變換變換法求解法求解惠勒惠勒（WheelerWheeler，H.A.H.A.）用保角變換法得到了如下有限厚度）用保角變換法得到了如下有限厚度導(dǎo)體帶帶狀線特性阻抗公式導(dǎo)體帶帶狀線特性阻抗公式2304 18 18 1Zln 1.6.27ccrZmmmtbWtbWmnxbWxxxxxtbW1 . 1/0796. 02ln5 . 01)1 (22n21.3 1txxbx，t t為導(dǎo)體

4、帶的厚度。當(dāng)為導(dǎo)體帶的厚度。當(dāng)W W /(b-t/(b-t)10)wh(h(即即邊緣場(chǎng)的作用不大邊緣場(chǎng)的作用不大) )時(shí)時(shí), ,有近有近似公式：似公式：0120 ()cahZw(1)rercahbahu主要特性參數(shù)主要特性參數(shù)0cZceZ為空氣線的特性阻抗。0cZ電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義2.3.2懸置微帶和倒置微帶懸置微帶和倒置微帶 傳輸線損耗主要是金屬損耗，傳輸線損耗主要是金屬損耗， c c可用微帶線金屬損耗可用微帶線金屬損耗公式計(jì)算公式計(jì)算在在Wh(Wh(即邊緣場(chǎng)的作用不大即邊緣場(chǎng)的作用不大) )時(shí)可用下列近似公式計(jì)算其特時(shí)可用下列近似公式計(jì)算其特性阻抗和有效介電常數(shù)：性阻

5、抗和有效介電常數(shù)： u主要特性參數(shù)主要特性參數(shù) 傳輸線傳輸線Q Q值，主要由金屬損耗值，主要由金屬損耗決決定定c=cgQQ電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義2.3.3槽線u基本特性基本特性 具具有縱向磁場(chǎng)分量，主要傳播有縱向磁場(chǎng)分量，主要傳播TETE波，色散傳輸線波，色散傳輸線 空間場(chǎng)分量存在，可空間場(chǎng)分量存在，可做做輻射輻射天天線線 可用作傳輸線，采用可用作傳輸線，采用高介電常數(shù)高介電常數(shù)基片基片使使電磁場(chǎng)能量集中于槽電磁場(chǎng)能量集中于槽內(nèi)，內(nèi)，減小輻射損耗減小輻射損耗 可可制制作高阻抗線作高阻抗線TE波電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義2.3.3槽線u基本特性基本特性 槽槽縫兩縫

6、兩邊有電位差，電場(chǎng)邊有電位差，電場(chǎng)跨跨過(guò)槽過(guò)槽口口，磁場(chǎng)，磁場(chǎng)垂垂直于槽直于槽口口，便便于于并并聯(lián)兩聯(lián)兩端器件端器件 磁場(chǎng)磁場(chǎng)具具有有橢橢圓圓極化區(qū)極化區(qū)，可用于，可用于設(shè)設(shè)計(jì)非計(jì)非互互易易鐵氧鐵氧體器件，如體器件，如環(huán)環(huán)形形器、隔離器器、隔離器等等 便便于和微帶線耦合，于和微帶線耦合，制制作耦合器，過(guò)渡結(jié)構(gòu)作耦合器，過(guò)渡結(jié)構(gòu)電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義2.3.3槽線u主要特性參數(shù)主要特性參數(shù) 色散傳輸線，相速和特性阻抗隨頻率變色散傳輸線，相速和特性阻抗隨頻率變化化：c0( )Z ( )0pfvfcf時(shí)， 阻抗定義阻抗定義具具有有任任意性，一意性，一般般采用功率采用功率- -電壓定

7、義：電壓定義：2/2cZVPmaxVE dl式中，0ge 波導(dǎo)波長(zhǎng)波導(dǎo)波長(zhǎng) 等等效介電常數(shù)效介電常數(shù)12re，誤差誤差為為10%10%以內(nèi)以內(nèi)電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義2.3.4 共面波導(dǎo)（CPW）u基本特性基本特性 傳播準(zhǔn)傳播準(zhǔn)TEMTEM波，色散傳輸線波，色散傳輸線 具具有圓有圓極化極化磁場(chǎng)分布，磁場(chǎng)分布，便便與與設(shè)設(shè)計(jì)非計(jì)非互互易器件易器件 中心導(dǎo)帶與接中心導(dǎo)帶與接地層地層位于同一位于同一平平面，面，便便于于并聯(lián)并聯(lián)連接連接兩兩段器件段器件 特性阻抗與基片厚度幾乎無(wú)關(guān)，可采特性阻抗與基片厚度幾乎無(wú)關(guān)，可采用高介電常數(shù)基片減小導(dǎo)波波長(zhǎng)，實(shí)用高介電常數(shù)基片減小導(dǎo)波波長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)微波

8、低頻率下的小型現(xiàn)微波低頻率下的小型化設(shè)化設(shè)計(jì)計(jì)電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義2.3.4 共面波導(dǎo)（CPW）u主要特性參數(shù)主要特性參數(shù)060( )=( )12ccerZK kZK kK(k)為第一類完全橢圓積分為第一類完全橢圓積分: :( )( )K kK k11/kab21kk為對(duì)應(yīng)空氣線的為對(duì)應(yīng)空氣線的特性阻抗特性阻抗0cZ12re21precvc0( )60( )cK kZK k以上結(jié)果為基片厚度以上結(jié)果為基片厚度h=的結(jié)果的結(jié)果采用高采用高 r，h2-3s時(shí)，時(shí)，Zc的影響很小的影響很小電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義u結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2.3.5鰭線鰭線（1 1）在在矩

9、形金屬矩形金屬波導(dǎo)波導(dǎo)內(nèi)內(nèi)E E面嵌入面嵌入槽線所槽線所組成的組成的一種復(fù)合一種復(fù)合結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)（2 2）一一種由介質(zhì)片支撐具有薄脊的加脊波導(dǎo)種由介質(zhì)片支撐具有薄脊的加脊波導(dǎo) 鰭線是一種可用于毫米波混合集成電路鰭線是一種可用于毫米波混合集成電路的準(zhǔn)平面結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)平面結(jié)構(gòu)傳輸線傳輸線: :（1 1）電路電路圖形，包括有源器件在內(nèi)都集成在一塊介圖形，包括有源器件在內(nèi)都集成在一塊介質(zhì)基板上，具有平面結(jié)構(gòu)質(zhì)基板上，具有平面結(jié)構(gòu)；（2 2）電路電路設(shè)計(jì)必須要考慮到金屬設(shè)計(jì)必須要考慮到金屬波導(dǎo)立體結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)立體結(jié)構(gòu)的影影響。響。1972年，P.J.Meier提出鰭線（Finline）結(jié)構(gòu)電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院

10、微波集成電路講義u基本特性基本特性2.3.5鰭線鰭線 鰭線鰭線傳播傳播TETE和和TMTM混合波；通常設(shè)計(jì)為傳混合波；通常設(shè)計(jì)為傳輸主模為準(zhǔn)輸主模為準(zhǔn)TE10TE10波波 傳播特性傳播特性與脊波導(dǎo)類似，具有比矩形波與脊波導(dǎo)類似，具有比矩形波導(dǎo)更寬的單模傳輸帶寬導(dǎo)更寬的單模傳輸帶寬 根據(jù)根據(jù)“加脊加脊”方式不同，有雙側(cè)鰭線方式不同，有雙側(cè)鰭線，單單側(cè)鰭線，對(duì)極鰭線，絕緣鰭線等側(cè)鰭線，對(duì)極鰭線，絕緣鰭線等電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義u基本特性基本特性2.3.5鰭線鰭線 鰭線鰭線用于用于毫米波毫米波頻率頻率 一一種嵌入金屬波導(dǎo)內(nèi)的傳輸種嵌入金屬波導(dǎo)內(nèi)的傳輸結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 鰭線鰭線具有微波集成傳

11、輸線的一些具有微波集成傳輸線的一些優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn): : 對(duì)有源和無(wú)源電路的集成提供了可能條件。當(dāng)金屬鰭位于同一側(cè)時(shí)，對(duì)有源和無(wú)源電路的集成提供了可能條件。當(dāng)金屬鰭位于同一側(cè)時(shí)，鰭線結(jié)構(gòu)可方便地并聯(lián)連接兩端有源器件，制作成開關(guān)、移相器、鰭線結(jié)構(gòu)可方便地并聯(lián)連接兩端有源器件，制作成開關(guān)、移相器、混頻器、倍頻器等電路混頻器、倍頻器等電路。 同時(shí)，由于鰭線中電磁能量主要集中在金屬鰭間縫隙內(nèi)，而金屬鰭同時(shí)，由于鰭線中電磁能量主要集中在金屬鰭間縫隙內(nèi)，而金屬鰭可由集成電路工藝實(shí)現(xiàn)，避免了矩形金屬波導(dǎo)在毫米波頻段所要求可由集成電路工藝實(shí)現(xiàn)，避免了矩形金屬波導(dǎo)在毫米波頻段所要求的嚴(yán)格機(jī)械加工公差，具有平面電路制作上

12、的優(yōu)點(diǎn)的嚴(yán)格機(jī)械加工公差，具有平面電路制作上的優(yōu)點(diǎn)。電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義鰭線阻抗變鰭線阻抗變換器換器u基本特性基本特性2.3.5鰭線鰭線鰭線鰭線結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)上上介于介于立立體傳輸線和平面集體傳輸線和平面集成傳輸線成傳輸線之間可之間可方方便地用作這兩者之便地用作這兩者之間的過(guò)渡轉(zhuǎn)換間的過(guò)渡轉(zhuǎn)換。鰭線具有較低的損鰭線具有較低的損耗，電路耗，電路Q Q值高，可值高，可方便地用于設(shè)計(jì)成方便地用于設(shè)計(jì)成諧振器、濾波器等諧振器、濾波器等電路電路。矩形波導(dǎo)矩形波導(dǎo)- -鰭線過(guò)渡段鰭線過(guò)渡段鰭線濾波器鰭線濾波器電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義u特性參數(shù)特性參數(shù)2.3.5鰭線鰭線 鰭線是鰭線是一種分區(qū)填充介質(zhì)的導(dǎo)波系統(tǒng)，工作于一種分區(qū)填充介質(zhì)的導(dǎo)波系統(tǒng)，工作于混合模式。精確地分析、計(jì)算其色散特性及特混合模式。精確地分析、計(jì)算其色散特性及特性阻抗需要依賴各種數(shù)值計(jì)算方法性阻抗需要依賴各種數(shù)值計(jì)算方法。 單面鰭線單面鰭線可可近似近似為為等效等效脊波導(dǎo)，波導(dǎo)脊波導(dǎo)，波導(dǎo)內(nèi)均勻填充內(nèi)均勻填充 e e，此時(shí)：，此時(shí)：02e0ccZZ0g20ec12.5e當(dāng)時(shí)，20eecccffeccf，為截止頻率 時(shí)的等效介電常數(shù)2.5e當(dāng) 時(shí)，eecF,