射频电路理论与技术-Lectrue 2(微带线).ppt

2020 1 16 射频电路理论与技术 2020 1 16 微带的基本概念 微带线目前是混合微波集成电路和单片微波集成电路使用最多的一种平面型传输线 它是在金属化厚度为h的介质基片的一面制作宽度为W 厚度为t的导体带 另一面作接地金属板构成 如图 2020 1 16 1 一般地说 微带均有介质填充 因此电磁波在其中传播时产生波长缩短 2 结构上微带属于不均匀结构 为了处理方便经常提出有效介电常数 它是全空间填充的 注意是相对的 3 严格说来 微带不是TEM波传输线 可称之为准TEM模 Quasi TEMmode 然而作为工程分析 这种概念和精度已足够满足要求 2020 1 16 微带的特性阻抗 其中 vp是微带中的相速 工程上 常常认为微带线中近似传播TEM波 微带线单位长度电容 空气微带线单位长度电容 2020 1 16 微带的特性阻抗 2020 1 16 Syntheticasymptote I RootofArea CapacitanceFormula ForaconductorofconvexshapeofsurfaceareaS Theshapefactor 0 9 cf 1 1 cf 1forsphere AplateofA ab totalsurfaceareaS 2A cf 0 9 2020 1 16 MicrostripParallelPlateCapacitor fromSyntheticAsymptote Thenearasymptote parallelplate Thefarasymptote isolatedplatesonhalfspace fringefield 2020 1 16 Thesyntheticasymptote sumwithadjustmentn Maximumerrors 10 forn 1 1 forn 1 114 Y LeonardChowandWanC Tang DevelopmentofCADformulasofintegratedcircuitcomponents fuzzyEMformulationfollowedbyrigorousderivation JournalofElectromagneticWavesandApplications vol 15 pp 1097 1119 Aug 2001 2020 1 16 er 9 6 A 1m2 2020 1 16 平行双线传输线的单位长度的电容 例3 1 4平行双线传输线的结构如图所示 导线的半径为a 两导线轴线距离为D 且D a 设周围介质为空气 试求传输线单位长度的电容 解 设两导线单位长度带电量分别为 rl和 rl 由于D a 故可近似地认为电荷均匀分布在两导线的表面上 应用高斯定律和叠加原理 可得到两导线之间的平面上任意一点P的电场强度为 2020 1 16 两导线之间的电位差为 故得平行双线单位长度得电容为 2020 1 16 Derivationofthemicrostripformula analysis I Nearasymptoteofh II Farasymptoteofh 2020 1 16 III Syntheticasymptoteofh n 1 07 WanC TangandY LeonardChow CADformulasandtheirinversesformicrostrip CPWlineswithoutandwithabackinggroundplane bysuccessivesyntheticasymptotes JournalofElectromagneticWavesandApplications vol 16 pp 1 20 Jan 2002 2020 1 16 Derivationofthemicrostripformula inverse I Nearasymptote and 2020 1 16 II Farasymptote 2020 1 16 III Syntheticasymptote 2020 1 16 2020 1 16 Dispersion Thedominantmodeinmicrostriplineisquasi TEMmode thelongitudinalcomponentsoftheelectricandmagneticfieldsarenotzero whenthefrequencyisverylow thelongitudinalcomponentsapproachzero ItisactuallythehybridmodesofEandHwaves denotedasEHmodes Therefore obviousdispersionoccursinthemicrostriplines Whenf4GHz thedispersioneffectmustbeconsidered 2020 1 16 在前面所给出的特性阻抗以及等效介电常数 eff的计算公式 均只适用于较低应用频率 而事实上微带线上为混合模式 其传播速度随频率而变 即存在色散现象 因此Z0和 eff随频率而变 频率升高 相速vp降低 则 eff增大 特性阻抗要减小 所以应该引入一些修正 在10GHz以下 色散对Z0的影响可忽略 但对 eff的影响较大 色散效应的影响 2020 1 16 Highermodes Whenmicrostripoperatesathighfrequencies somehighermodesemergeinthemicrostriplines includingwaveguidemodes TEandTMmodes andsurfacewaves 当微带工作在高频时 会出现高次模式 波导模和表面波模 2020 1 16 Waveguidemodes Theemergenceofthesemodeslieinthattheconductorstripandthegroundformsaparallel platewaveguidefilledwithdielectric widthisW heightish thedielectricconstantofthedielectricis r 微带线的导带和接地板之间构成一个平行板波导 所以会有波导模的存在 2020 1 16 TE10modeThelowestTEmodeisTE10mode whichisquitedifferentwiththatinRW 不同之处在哪里 Itscutoffwavelengthisfoundtobe tisthethicknessoftheconductorstrip 2020 1 16 TM01modeThelowestTMmodeisTM01mode itsfielddistributionisshowninthebook anditscutoffwavelengthisexpressedas 2020 1 16 ConditionofsinglemodetransmissionInordertoensurethatonlythedominantmode quasi TEM propagatesinthemicrostriplines thefollowingconditionshouldbesatisfied 2020 1 16 Surfacewaves 在金属波导中 所传输的TE或TM导波的相速度总是大于光速 称之为 快波 在介质波导或接地的介质基片这样的导波系统中 所传输的导波的相速度小于光速 称为 慢波 在传输慢波的导波系统中 其导模将被电抗表面束缚在波导内或波导表面附近沿其轴向传输 即其导模为表面波 表面波场的特征是 离开导行波系统表面横向指数衰减 大部分场束缚在波导内和波导表面附近 其相速度小于光速 2020 1 16 微带线尺寸选择 微带线中除准TEM模以外 还可能出现表面波模和波导模 为抑制高次模式 微带线的横向尺寸应选择为 金属