平面传输线PPT课件

1、第第9 9讲讲 内容内容 引言 带状线 微带线 耦合线 其他形式的平面传输线第1页/共45页9.1 9.1 引言引言第2页/共45页第3页/共45页平面传输线的特点平面传输线的特点 优点： 体积小 重量轻 频带宽 易于与有源器件集成、实现微波集成电路 缺点： 损耗大 功率容量小 谐振器的Q值低第4页/共45页0000000112rprcL CLCCL C pcg主模是TEM波相速 = 特性阻抗 = 相移常数 = 波导波长 =9.2 9.2 带状线带状线第5页/共45页带状线的特性阻抗第6页/共45页第7页/共45页 带状线的高次模 带状线传输的主模是TEM波 当频率足够高时会出现高次模：TE波

2、和TM波 应用带状线应避免高次模的出现 1010min100101min01minmin ()2() ()2() 22crccrcrrTETETEwTETMTMTMbTMwb波最低的模式为 波的最低模式为波 和 第8页/共45页9.3 9.3 微带线微带线第9页/共45页 微带线主模为准TEM模 微带线有双导体，主模是TEM模。 由于基片存在，存在不同媒质的分界面，单独TEM模不满足比边界条件，需同时存在TE、TM模。 TE、TM模比TEM模小很多，场的纵向分量远小于横向分量，合成场分布近似TEM模，故为准TEM模。 频率越低，越接近TEM模色散越小。 频率越高，越偏离TEM模，色散越大。 可

3、工作到直流。微带线中的波的模式微带线中的波的模式第10页/共45页 微带线还存在高次模： 波导模： 把微带看成平板波导 表面波模： 沿介质表面传输1010()2()2rrTETEwTMTMhc01c01对波 对波 141rTMTEh 0cc对波 对波 第11页/共45页1pvLC1cpLZCv C LC：单位长度电感；：单位长度电容微带线的静态分析法 只考虑TEM模。 把微带线看成是平行双线。 在低频时有足够的精度/gppv Tvf第12页/共45页部分填充微带线：部分填充微带线：001, ,1rpcvcZcC0001, , 11rprrccprrrcvCCZZcv CC全介质填充微带线：全介

4、质填充微带线：空气填充微带线：空气填充微带线：0000/, 1/prercccrpcvcCCCZZZv C0C ：空气填充时单位长度电容第13页/共45页如果能够找到一种材料（介电常数为 ）全填充微带线，使其特性阻抗和传播速度与采用介电常数为 的材料半填充的时候相同，则称 为等效相对介电常数。10CC：单位长度电容； ：无介质时单位长度电容10: / reCC引入等效相对介电常数reccrepZZcv/01rerre等价于用相对介电常数为的全填充情况等效相对介电常数rerrere第14页/共45页 静态法的结果理论上只适用于TEM波 当应用于准TEM波时会有误差 当频率较低时误差可以忽略，已经

5、成功应用到18GHz 当频率较高时需要引入适当的修正: 21.520 01410 00141 0.512lg 1rrerererereCCrererfFfZfZfhwFch式中第15页/共45页施奈德给出的近似式为施奈德给出的近似式为01860ln()4cwhhwwh当时 061-211202.42 0.44(1)1(1)1101 (1) 2crerwhwhhhwwqhqw 当时 微带线特性阻抗的计算微带线特性阻抗的计算第16页/共45页哈梅斯泰德的近似解析式哈梅斯泰德的近似解析式200.752842340.053()60ln1(2) /30.666()6(2-6)exp-()/1110(1)

6、221()()11521lnln1() 4918.718.1()0.4320.90.564()3cabrrrerrwfhhw hwwfhw hhwwwwhhawhhb 第17页/共45页2120.11120810.1208ln()(0.2258)3212(1)0.1113770.8830.165ln(1.88)0.758rcrrrrrcrrrwhhwwhwhwwhh 当时 当时 c惠勒给出的计算公式：第18页/共45页导线厚度的影响导线厚度的影响1211.254 (1ln)211.254(1ln)211110/ (1)224.6/ewwwrrrrewwwtwhhhtwthhhhththwwh

7、时， 时， 第19页/共45页微带线的损耗22532()11.38(/)32()0.66716.110(/)1.444escecescreecewRwhAdBcmwhhhwRwwhAdBcmwhhhh当时 当时 导体损耗：导体损耗：0128 1(1ln)sefhARwt 式中：式中：介质损耗：介质损耗：(1) tan27.3(/)(1)rrerregAdB cmd第20页/共45页不同基片微带线的导体损耗和介质损耗不同基片微带线的导体损耗和介质损耗第21页/共45页第22页/共45页 微带线的损耗: 导体损耗随导体宽度的增加而减小 介质损耗随导体宽度的增加而增加 辐射损耗随导体宽度增加而增加

8、当线长较短时,辐射损耗随线长的增加而线性的增加第23页/共45页9.4 9.4 耦合线耦合线 当两队传输线相互靠近时,彼此就会产生电磁耦合，这种传输线称为耦合传输线 耦合带状线和耦合微带线常用来构造定向耦合器，滤波器等微波元件。 对称的耦合线一般可以采用奇偶模法分析。第24页/共45页耦合带状线耦合带状线 耦合带状线为两条互相靠近的带状线 采用奇偶模法分析 分析对称的耦合带状线第25页/共45页耦模激励：耦模激励： 两条线等幅同相激励，等效与用磁壁封闭后两条线等幅同相激励，等效与用磁壁封闭后的传输线的传输线 与用磁壁封闭的单条的传输线传输特性相同，与用磁壁封闭的单条的传输线传输特性相同，可用传

9、输线理论分析这时的电压电流的传播。这可用传输线理论分析这时的电压电流的传播。这时的特性阻抗为耦模特性阻抗时的特性阻抗为耦模特性阻抗12eUUU:ce偶 模 特 性 阻 抗( ),( )eeUz Iz第26页/共45页奇模激励：奇模激励： 两条线等幅反相激励，等效与用电壁封闭后两条线等幅反相激励，等效与用电壁封闭后的传输线的传输线 与用电壁封闭的单条的传输线，可用传输线与用电壁封闭的单条的传输线，可用传输线理论分析这时的电压电流的传播。这时的特性阻理论分析这时的电压电流的传播。这时的特性阻抗为奇模特性阻抗抗为奇模特性阻抗12oUUU :co奇 模 特 性 阻 抗( ),( )ooUz Iz第27

10、页/共45页任意激励：任意激励：U1和和U2可以分解为奇模激励和耦模激励的组合：可以分解为奇模激励和耦模激励的组合：12UU1122121()21-(-)2eoeeooUUUUUUUUUUUU 耦合线上的传输波为奇模激励传输波和偶模激励传耦合线上的传输波为奇模激励传输波和偶模激励传输波的组合输波的组合12( )( )( )( )( )( )eoeoU zUzUzUzUzUz)()()()()()(21zIzIzIzIzIzIoeoe第28页/共45页耦合带状线的特性阻抗的计算耦合带状线的特性阻抗的计算2020( 1)30()( 1)30()erorKkK kKkK kceco: tanh()

11、tanh()22 tanh() coth()22eoKww skbbww skbb其中为第一类椭圆积分函数第29页/共45页科恩科恩(Cohn,Seymour)给出的结果为给出的结果为94.15 /1ln 2ln1tanh()294.15 /1ln 2ln1coth()2rcercowsbbwsbb设计公式：设计公式：2tanheowark kb012tanh(/)1eoeksark kbk第30页/共45页第31页/共45页第32页/共45页耦合微带线耦合微带线第33页/共45页容：偶模时的单位长度电)(reC位长度电容：空气填充偶模时的单) 1 (eC偶模激励：偶模激励：fvpege()1

12、(1)(1)erereCqC eepeeec(1)1()epeereeCCee第34页/共45页()orC：奇模时的单位长度电容(1)oC：空气填充奇模时的单位长度电容奇模激励：奇模激励：poeoc( )1(1)(1)ororoCqC eo(1)1( )eopooreoCC e0pogovf第35页/共45页任意激励：任意激励：U1和和U2可以分解为奇模激励和耦模激励的组合：可以分解为奇模激励和耦模激励的组合：12UU1122121()21-(-)2eoeeooUUUUUUUUUUUU 耦合线上的传输波为奇模激励传输波和偶模激励传耦合线上的传输波为奇模激励传输波和偶模激励传输波的组合输波的组合12( )( )( )( )( )( )eoeoU zUzUzUzUzUz)()()()()()