微波技術與天線 -第一章1.7

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(nèi)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(xiàn)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(shù)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)。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。

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(shù)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(shù)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(shù)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?shù)闹髂Ｊ荰EM模，但若帶狀線的尺寸選擇不當，可能出現(xiàn)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?；蚩渍舭l(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(chǎn)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(shù)定義為了處理方便經(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。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(jù)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(shù)。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(shù)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(shù)（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(shù)有關。式中，h的單位為