微波技术基础电子科大第10次课.ppt

微波技术基础,詹铭周电子科技大学电子工程学院地点：清水河校区科研楼B336电话：61830860电邮：mzzhan,本课内容,1、第三章、微波集成传输线常用集成传输线的种类和主要特点2、第四章介质波导和光波导,1、传播条件和波型2、特性阻抗3、波长，相速4、功率容量5、衰减,了解,微波集成传输线,微波集成传输线的最大特点是平面化,五种重要的传输线：带状线（Stripline）微带线（Microstripline）槽线（Slotline）鳍线（Finline）共面线（Coplanarline）,注意耦合线结构,共面波导（CPW）共面带线（CPS）接地共面波导（CBCPW）Conducter-backedCPW,指元器件、传输线导带等在同一平面,按传播模分类,均匀介质的多导体传输线,均匀介质的单导体传输线,非均匀介质的平面传输线结构,带状线,鳍线,准TEM模,一、回顾带状线,1950年，R.M.Barrett发明了带状线，是一种三导体TEM波传输线。上下两块导体板是接地板，中间的导体带位于上下板的对称面上，导体带与接地板之间可以是空气介质或填充其它介质。故又称为三板线或夹心线。,为减少带状线在横截面方向的能量泄露，上下接地板的宽度D和接地板间距必须满足,D(36)W和,带状线的最高工作频率取,微波集成传输线带状线,惠勒1978年用保角变换法得到了如下有限厚度导体带带状线特性阻抗公式,式中t为导体带的厚度。当W/(b-t)2的宽微带线,W/h2的窄微带线,微波集成传输线微带线,介质影响传播速度,E.HammerstadandO.Jensen,AccurateModelsformicrostripcomputer-aideddesign,IEEEMTT-SInt.MicrowaveSymp.Digest,1980,pp.407409.,色散,以上关于微带线的结论都是在准TEM近似下得出的。有效介电常数、传播速度、波导波长等与频率无关。事实上由于微带线结构存在空气和介质的突变，在此边界上会有纵向场分量，微带线实际传播的是混合波。色散：电磁波的传播速度随频率变化的现象。微带线相对介电常数随频率变化电磁波能量的传播速度随频率变化脉冲信号个各个频率分量将以不同速度在微带线上传播信号失真。,4.频率接近的TE1表面波截止频率时相速度出现拐点：,E.HammerstadandO.Jensen,Accuratemodelsformicrostripcomputeraideddesign,IEEEMTT-SInt.MicrowaveSymp.Digest,1980,pp.407409.M.Kobayashi,AdispersionformulasatisfyingrecentrequirementsinmicrostripCAD,IEEETrans.MicrowaveTheoryTech.MTT-36:12461250(1988).,微带线的衰减,导体损耗，介质损耗（耗散作用）主要辐射损耗，寄生模式损耗可忽略,导体损耗,介质损耗,悬置或倒置微带线中，电磁场的大部分处于空气中，介质影响不大，其有效相对介电常数re接近于1，从而其特性参量接近空气中的参量，线中损耗大大减小，具有比微带线更高的Q值(500-1500)，接近于无色散，并且可实现的阻抗值范围大，因此特别适合应用于滤波器、谐振电路等Q值较高的场合。悬置微带线的缺点是，与标准微带线相比，结构不紧凑。悬置或倒置微带线传输的主模是准TEM模,微带的改型悬置微带线和倒置微带线,3.4悬置微带线和倒置微带线,悬置微带线,倒置微带线,当0.2a/b1，1W/b8,精度在时优于1%；,3.4悬置微带线和倒置微带线,3.3耦合带状线和耦合微带线,奇偶模方法采用奇模激励和偶模激励两种状态对它进行分析，其它的激励状态可看作是这两种状态的叠加。,奇模激励在耦合线的两个中心导体带上加的电压幅度相等，而相位相反中心对称面为电壁偶模激励在耦合线的两个中心导体带上加的电压幅度相等，相位相同中心对称面为磁壁,3.3耦合带状线和耦合微带线,先求奇偶模电容、再求奇偶模阻抗,槽线属于分区填充介质的导波系统，非TEM模，即Ez和Hz都不为零，属于一种波导模。便于安置固体器件，但难以得到低于60的特性阻抗。,三、槽线,无截至频率,re=(r+1)/2,槽线,四、共面传输线,共面传输线分共面波导（CPW）、共面带线（CPS）等等。明显优点是与有源器件和无源元件连接十分方便。工作模式非TEM模传播便于MMIC,共面波导,共面波导,3.6共面传输线,共面带线,第一类完全椭圆函数、余函数,3.6共面传输线,2.共面带线,式中,五、鳍线,安装在金属矩形波导E面上的平面电路，金属鳍印刷在介质基片上应用于毫米波频段。工作模式为混合模，特性参量计算较为复杂，采用谱域法等数值方法。,3.7鳍线,用到了：微带线，悬置微带线，耦合线，鳍线，共面线，矩形波导，以及传输线之间的转换结构。在上方端口处一般会接上同轴接头，还会用到同轴线。,毫米波鳍线混频器,介质波导和光波导,当毫米波波段亚毫米波段太赫兹波段时普通的微带线将出现一系列新问题1）高次模的出现使微带的设计和使用复杂2）金属波导的单模工作条件限制了其横向尺寸不能超过大约一个波长的范围。这在厘米波段和毫米波低频段不成问题。但到毫米波高频段，单模波导的尺寸就显得太小，不仅制造工艺困难，而且随着工作频率的提高，功率容量越来越小，壁上损耗越来越大，衰减大到不能容忍的地步。因此，对毫米波段的高端及来说，封闭的金属波导已不再适用。于是，适合于毫米波高频段、亚毫米波的传输线介质波导等非封闭式的传输线（或称开波导）便应运而生,矩形介质波导,介质镜像波导,隔离介质波导,倒置带状介质波导,圆柱介质波导,光纤,介质波导和光波导,圆柱介质波导要求,传输的电磁波为表面波，是混合模，Hz0和Ez0,分析方法与金属园波导一样，采用圆柱坐标系、纵向场法,介质波导和光波导,在不同介质kc中取不同值,在介质柱内，区在介质柱内，区且,（沿r方向为衰减场）,介质区中，场沿r呈驻波分布介质区中，场沿r为指数衰减,圆柱介质波导内：和圆柱介质波导外：和,介质波导和光波导,通解,第一、二类变形贝塞尔函数,将上述通解应用于讨论的实际情况，则有（1）圆柱介质内部因中心轴处场应为有限值，故B10；（2）圆柱介质外部因无穷远处场应为0，故A20；（3）圆柱介质圆周方向上，场应为单值，故m为整数。圆柱介质内部通常取B30的圆极化解（当然也可取cosm和sinn的线极化解）,介质波导和光波导,圆柱介质内部（区）圆柱介质外部（区）,由横纵场关系，可对应求出圆柱介质内、外横向场分量,边界条件在ra处E0z1E0z2，E01E02，H0z1H0z2，H01H02,介质波导和光波导,最后得圆柱介质波导导模的本征值方程，可确定各模式的横向场分布,四个齐次方程有解是系数行列式为零，得本征方程,介质波导和光波导,圆柱介质波导可能存在得四种导模及本征方程,介质波导和光波导,介质波导和光波导,得圆柱介质波导主模HE11得单模工作的频率范围为,主模HE11模，fc0。第一高次模为TM01和TE01模,光波导介质波导工作于光频范围时，通常称其为光波