第三章 微带线不连续性ppt课件

,第三章微波无源集成电路,目录,3.1概述3.2微带集成电路中的不连续性3.3耦合微带线定向耦合器3.4微带线三端口功率分配器3.5微带分支线定向耦合器和微带环形电桥3.6微波集成滤波器,微波集成电路发展小型化、低电压、高可靠性，低成本,3.1概述,二次世界大战期间，主要采用波导立体电路；1950s,平面传输线概念被提出；1960s,带状线、微带线问题解决，微波集成电路（MIC）开始发展;1970s,氧化铝基片和薄膜工艺发展，使得MIC进入高速发展期；1980s,MIC基本成熟。,微波混合集成电路定义：,3.1概述,微带电路已成为微波混合集成电路的主要形式,微带传输线半开放结构便于集成固态器件和调试微带线良好传输特性(1)工作频率最低上限频率，可实现单模传输(2)弱色散特性(3)准确地设计分析方法(4)精确的加工工艺低成本，批量化,在氧化铝陶瓷、蓝宝石、铁氧体以及复合介质等绝缘介质衬底上，采用薄膜或厚膜技术制作出微波集成传输线和分布参数电路，并与带封装的或裸芯片固态器件、片式元件（电阻、电容或电感）组合在一起，构成具有完整电路或系统功能的集成电路,直流、低频电路由R、L、C等集总元件构成，由集总参数方法分析和设计,3.2微带集成路中的不连续性,微波电路及不连续性,微波电路由分布参数方法分析和设计,电路不能明确区分出R、L、C；电路严格地分析实际上是求解电磁场边值问题；需考虑传输线传播特性：（1）传播模式；（2）阻抗；（3）相移,电路中可明确区分出R、L、C；电路为由R、L、C元件构成的网络；不用过多考虑传输线导线形状尺寸和信号通过的损耗和相移；相对于工作波长，电路尺寸小，信号通过附加路劲相移可忽略,传输线的材料、结构、尺寸,3.2.1概述,3.2.1概述,微波电路由分布参数方法分析和设计,微波电路可等效为分布参数电路网络,由微波传输线段构成的、体现“电抗集中效应”的微波电路网络通常被称作微波电路的“不连续性”,分布参数元件L、C由不同传输线段实现微波频率高，电路所需L、元件值小不同传输线段具有不同的“电抗集中效应”（电场、磁场集中），可实现L、C功能(不是简单、独立的L、C),“不连续性”概念和传输线行波传输状态相对；不连续性区域将产生反射；不连续性区域将发生能量的存储；不连续性区域将产生相移,确定不连续性性质,3.2.1概述,微波电路实际上是由多个不连续性构成而实现特定功能的电路；,严格的场方法(数值方法)分布参数等效电路法(TEM波传输线),微波“不连续性”的分析方法：,3.2.1概述,微带不连续性是构成微带电路的基本单元,微带不连续性是实现微带线路功能的基本单元，微带电路实际上是由多个不连续性级联构成的,（1）不连续性的性质可由分布参数等效电路方法确定（2）分布参数元件值由准静态分析方法确定（3）现代数值计算方法可准确确定不连续性特性,微带电路不连续性采用“场”、“路”结合的方法分析,微带开路端/端节线；微带线的阶梯跳变；微带间隙；微带线的拐角；微带线T接头；微带线十字接头;,3.2.1概述,微带集成电路中不连续性种类,3.2.2微带线的开路端/截断端,/4开路线;微带到波导探针过渡;微带线匹配枝节;,微带线开路端/截断端的应用,3.2.2微带线的开路端/截断端,微带开路端实际等效为RLC终端,微带线开路端/截断端的等效电路,开路端末将出现过剩电荷，过剩电流，辐射能量；过剩电荷是主要的,通常，微带开路端可由一个可等效电容或一段理想开路线,3.2.2微带线的开路端/截断端,微带线开路端/截断端的等效电路,测量法确定微带开路端等效理想开路线长度,测量出一段长为l、两端开路微带线谐振频率和谐振波长,（半波长谐振器）,所测得的谐振波长g和微带TEM波波长gTEM不同,两者关系可表示为：,是介于0.7-1.07之间的常数，h是基片厚度,3.2.3微带间隙,微带间隙及其等效电路,特性：,-型电容网络,由于两条微带截断端相互影响，C1COC；间距s越大，C12越小，C1就越接近COC；间距s越小，C12越大，C1就越小；s:0，C1：0COC，C12：0,3.2.3微带间隙,奇偶模法分析微带间隙,偶模激励：,奇模激励：,阶梯阻抗变换；高低阻抗低通滤波器;,微带线阶梯阶梯跳变应用,3.2.4微带线的阶梯跳变,3.2.4微带线的阶梯跳变,微带阶梯跳变处，电能减少，磁能增加；阶梯跳变呈感性，可由电感等效,微带线阶梯跳变等效电路,两条不同导带宽度微带线的连接处，较宽微带线局部被截断,在连接处宽条带电流线连续地向窄条带聚集，宽条带截断区面电流密度变小，面电荷密度减小，低特性阻抗线的电流密度变小。,微带阶梯跳变处，电界面和几何界面不一致。电界面向宽条带偏移,3.2.4微带线的阶梯跳变,波导模拟法定性分析微带线阶梯跳变,等效,（1）将微带线用平板波导等效,特性阻抗相同:Zc相位常数相同:基片厚度等于板间距:h,对偶,（2）应用对偶定理，将平板波导变换为对偶波导；,(3)再由波导等效电路对偶变换为平板波导等效电路微带等效电路,3.2.4微带线的阶梯跳变,波导模拟法定性分析微带线阶梯跳变,等效,等效,对偶,对偶,3.2.5微带线拐角,微带线拐角,拐角区域等效为并联电容;路劲加长等效为两段传输线或电感;也可用对偶波导模拟法分析：,微带拐角,3.2.5微带线拐角,微带线修正拐角,采用切角处理，减小拐角并联电容效应：把拐角的外部切成45斜角，利用两次反射的相互抵销达到匹配。斜角边长是使两次反射抵消的关键。对于50微带线，实验表明，45斜角边长为1.6倍导带宽度时，从L波段到X波段都能得到良好匹配。(带状线结果),3.2.6微带线T分支,微带线T分支应用广泛：,微带分支线电桥；微带功率分配器；并联分支匹配电路；直流偏置网络,3.2.6微带线T分支,微带线T分支等效电路,等效为并联电容,可采用对偶波导模拟法分析,3.2.6微带线T分支,对偶波导模拟法分析微带线T分支,对偶,对偶,3.2.7微带线十字分支,微带线十字分支,微带十字分支不连续性较大，实际应用较少；和T分支类似，微带十字分支可等效为并联电容;精确的结果主要由实验测定,3.2.8微带线实现集总元件,1.采用微带结构模拟集总元件：电感和电容,3.2.8微带线实现集总元件,1.采用微带结构模拟集总元件：电感和电容,(3)g/4lg/2高阻抗微带线可近似等效为一个电感；,(2)lg/4低阻抗微带线可近似等效为一个电容；,(1)短微带线，高阻时呈感性；低阻时呈容性,3.2.8微带线实现集总元件,1.采用微带结构模拟集总元件：电感和电容,(4)g/2lg时，可用型网络等效,2.微带电容元件,3.2.8微带线实现集总元件,电容值较小,电容值较大,电容值最大,（c