第二章讲义140423

1、电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义第二章 微波平面传输线电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义目录2.1 2.1 引言引言2.2 2.2 微带线微带线2.32.3带状线带状线2.42.4悬置微带和倒置微带悬置微带和倒置微带2.52.5槽线和共面波导槽线和共面波导2.62.6鳍线鳍线2.72.7其他平面传输线其他平面传输线电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义微波常用传输线矩形波导圆波导平行双线同轴线微带线2.1 引言电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义2.1 引言平面传输线平面传输线微带线微带线带状线带状线悬置微带和倒悬置微带和倒置微带置微

2、带槽线与共面波导槽线与共面波导相速和波长相速和波长特性阻抗特性阻抗衰减常数衰减常数功率容量功率容量设计原则设计原则电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义微波平面传输线通常由微波平面传输线通常由介质基片介质基片、介质基片上的、介质基片上的导带导带与与金金属接地层属接地层组成，制备工艺包括厚膜工艺和薄膜工艺。组成，制备工艺包括厚膜工艺和薄膜工艺。2.1 引言电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义对基片材料的要求对基片材料的要求: :（1 1）较高的介电常数，使电路小型化）较高的介电常数，使电路小型化( (针对微波频率针对微波频率) )；（2 2）低损耗；）低损耗；（3 3）介电常数）介电常数

3、稳定；稳定；（4 4）纯度高，性能一致性好；）纯度高，性能一致性好；（5 5）表面光洁度高，金属附着力好；）表面光洁度高，金属附着力好；（6 6）击穿强度高）击穿强度高, , 导热性好，以适用于较大的功率。导热性好，以适用于较大的功率。2.1 引言电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义材料名称材料名称表面粗糙表面粗糙度（度（umum）10GHz10GHz时的时的损耗损耗正切（正切（1010-4 -4）介电常介电常数数导热率导热率（W/cmW/cm）应用与特点应用与特点聚四氟乙烯聚四氟乙烯纤维加强板纤维加强板101510152.52.82.52.8厘米波段厘米波段MICMIC价格低，加工容易价

4、格低，加工容易氧化铝氧化铝99%99%215215252599.599.50.30.3厘米至厘米至毫米波段毫米波段蓝宝石蓝宝石0.510.511 199.599.50.40.4毫米波毫米波MICMIC高介陶瓷高介陶瓷1212208020800.010.050.010.05用于小尺寸电路用于小尺寸电路DuroidDuroid2.24.02.24.0毫米波毫米波MICMIC石英石英0.10.50.10.51 13.83.80.010.01毫米波毫米波MICMIC，但易，但易碎碎氧化铍氧化铍2102101 16.66.62.52.5导热好，用于功率导热好，用于功率器件器件硅硅1 1101001010

5、012121.51.5MMICMMIC砷化镓砷化镓1 16 612.912.90.460.46MMICMMIC磷化铟磷化铟14140.680.68MMICMMIC碳化硅碳化硅10103.33.3MMICMMIC2.1 引言电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义2.1 引言性能：性能：超常的层间结合；超常的层间结合；低吸水率；低吸水率；增强的尺寸稳定性；增强的尺寸稳定性；低低Z Z轴膨胀；轴膨胀；频率使用范围稳定的介电常数；频率使用范围稳定的介电常数；增强的挠性强度。增强的挠性强度。应用：功率放大器；滤波器和连结器；无源元器件；天线。应用：功率放大器；滤波器和连结器；无源元器件；天线。电子科技

6、大学电子工程学院微波集成电路讲义对于金属材料的要求：对于金属材料的要求：（1 1）高的导电率；）高的导电率；（2 2）低的电阻温度系数；）低的电阻温度系数；（3 3）对基片的附着性能好）对基片的附着性能好; ;（4 4）好的刻蚀性和可焊接性）好的刻蚀性和可焊接性; ;（5 5）易于淀积和电镀。）易于淀积和电镀。2.1 引言电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义材料材料 表面电阻率表面电阻率(f单位单位:Hz)趋肤趋肤深深度度2GHz（m）热膨胀系数热膨胀系数（10-8/）与介质与介质附着力附着力工艺方法工艺方法银（银（Ag）2.51.421差差蒸发蒸发铜（铜（Cu）2.61.518差差电镀电

7、镀/蒸发蒸发/淀积淀积金（金（Au）3.01.715差差电镀电镀/蒸发蒸发铝（铝（Al）3.31.926差差蒸发蒸发铬（铬（Cr）4.72.79好好蒸发蒸发钯（钯（pd）3.611中中蒸发蒸发/电镀电镀/溅射溅射钽钽(Ta)7.24.06.6好好溅时溅时2.1 引言电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义MICMIC主要工艺过程：主要工艺过程：2.1 引言基片处理基片处理研磨抛光研磨抛光镀膜镀膜金属层减薄金属层减薄版图制作版图制作图形放大图形放大照相制版照相制版光刻腐蚀光刻腐蚀甩胶甩胶曝光曝光腐蚀腐蚀接地接地/ /电镀电镀接地金属化接地金属化电镀防护电镀防护电子科技大学电子工程学院微波集成电路

8、讲义 薄膜与厚膜工艺产品之差异分析薄膜与厚膜工艺产品之差异分析2.1 引言薄膜工艺薄膜工艺厚膜工艺厚膜工艺精度精度高，高， 1%1%较低，较低， 10%10%镀层材料镀层材料材料稳定度高材料稳定度高易受浆料影响易受浆料影响镀层表面镀层表面表面平整度高，误差表面平整度高，误差0.30.3 m m较差，误差较差，误差33 m m设备设备成本高成本高成本低成本低镀层附着镀层附着性性无需高温烧结，不含无需高温烧结，不含氧化物、附着性好氧化物、附着性好易受基板材质影易受基板材质影响响电路对准电路对准使用曝光显影，对准使用曝光显影，对准性高性高易受丝网张力及易受丝网张力及使用次数影响，使用次数影响，对准性

9、较差对准性较差电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义2.2 微带线微带线微带线目前是混合微波集成电路（微带线目前是混合微波集成电路（HMICHMIC）和单片微波集成电）和单片微波集成电路（路（MMICMMIC）以及多芯片组件（）以及多芯片组件（MCMMCM）使用最多的一种）使用最多的一种平面型平面型传输线传输线。微带线结构及内部场结构微带线结构及内部场结构电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义 微带线的优缺点：微带线的优缺点：与波导、同轴线等立体电路相比的与波导、同轴线等立体电路相比的主要优点主要优点在于：在于：（1 1）体积小、重量轻；）体积小、重量轻；（2 2）采用的半空间开放电路结构

10、，便于与固体器件进行）采用的半空间开放电路结构，便于与固体器件进行连接；连接；（3 3）电路的可靠性和性能得到改善，同时制造成本低。）电路的可靠性和性能得到改善，同时制造成本低。但也存在以下问题有待解决：但也存在以下问题有待解决：（1 1）传输线的损耗较大；）传输线的损耗较大；（2 2）散热较差、介质基片在高电压下容易击穿问题。）散热较差、介质基片在高电压下容易击穿问题。2.2 微带线微带线电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义微带线可以看成由微带线可以看成由平行双线平行双线演变而来演变而来2.2.1 概要概要平行双线到微带线的演变过程平行双线到微带线的演变过程电子科技大学电子工程学院微波集

11、成电路讲义微带线发展历史微带线发展历史 1952年年， Grieg and Engelmann，首次发表关于带状，首次发表关于带状线（线（stripline）的报道，）的报道， “Microstrip-A New Transmission Technique for the Klilomegacycle Range” ，IRE proceeding 1955年，年， ITT Ferearl Telecommunications Laboratories（New Jersey）, 报道了多篇关于微带线的报道报道了多篇关于微带线的报道，IEEE transactions on Microwave

12、Theory and Technique. 1960年，年，薄基片厚度的微带线流行。薄基片厚度的微带线流行。2.2.1 概要概要电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义微带线由微带线由介质基片介质基片、介质基片、介质基片上的上的导带导带与与金属接地层金属接地层组成。组成。2.2.1 概要概要微带线构成微带线构成电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义微带线的微带线的特性参数特性参数0( )( )dV zI z Z dz 0( )( )dI zV z Y dz22002( )( )( )d V zZ YV zV zdz22002( )( )( )d I zZ Y I zI zdz传输线电压、电流

13、波动方程传输线电压、电流波动方程均匀传输线电压、电流微均匀传输线电压、电流微分方程或电报方程分方程或电报方程000ZRj L000YGj C2.2.2 微带线微带线特性分析特性分析 空气微带线特性阻抗：空气微带线特性阻抗：Zv C010011传输波的相速范围传输波的相速范围 vvvprp0单位长度分布电容范围单位长度分布电容范围 CCCr01001特性阻抗范围特性阻抗范围 ZZZr01001 TEMTEM模无耗传输线的模无耗传输线的特性阻抗特性阻抗： Zv Cp001当微带线的周围全部用相对介电常数为当微带线的周围全部用相对介电常数为 的介质填充时，的介质填充时，其特性阻抗为其特性阻抗为rZZ

14、r0012.2.2 微带线微带线特性分析特性分析电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义vvpre0相速为相速为相波长为相波长为 pre0单位长度分单位长度分布电容为布电容为 CCre001特性阻抗为特性阻抗为 ZZre001rerCCq00111式中式中q q为填充因子，表示介质填充的程度为填充因子，表示介质填充的程度 qhw121110122.2.2 微带线微带线特性分析特性分析微带线的周围为非均匀介质填充时，引入微带线的周围为非均匀介质填充时，引入相对等效介电常数相对等效介电常数电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义微带线的分析方法微带线的分析方法 19521952年时，年时， Gri

15、eg and Engelmann采用采用分析方法基于分析方法基于平行双线平行双线的准静态分析。的准静态分析。 2020世纪世纪6060年代，年代，保角变换、格林函数、有限差分法等发展；保角变换、格林函数、有限差分法等发展； 19711971年时，年时，严格的场解方法已经能够计算色散特性。严格的场解方法已经能够计算色散特性。2.2.2 微带线微带线特性分析特性分析电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义微带线特性分析微带线特性分析u微带线分析方法有两种：微带线分析方法有两种：（1 1）准静态法）准静态法（2 2）全波分析法）全波分析法u把微带线的工作模式当作把微带线的工作模式当作TEMTEM模来

16、分析，这种分析方法模来分析，这种分析方法称为称为“准静态分析法准静态分析法” 。u全波分析全波分析法是法是利用利用高等电磁理论高等电磁理论，求，求满足满足完整完整MaxwellMaxwell方方程式及程式及边界条件边界条件的的电磁场电磁场之解之解。2.2.2 微带线微带线特性分析特性分析电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义23准静态准静态分析：分析：步骤步骤1 假设介质假设介质不存在，不存在，金属导体之外金属导体之外到到处都是空气，处都是空气，算算出其每出其每单位长电容单位长电容及及电感电感分別分別为为C C0 0及及L L0 0，此时此时: : 特性阻抗特性阻抗为为相位相位传播常数为传播

17、常数为 000/CLZa000CLa2.2.2 微带线微带线特性分析特性分析电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义24准静态准静态分析：分析：步骤步骤2u放入放入介质，介质，利用利用数值数值方法方法（如：保角变换、有限差分、（如：保角变换、有限差分、积分方程和积分方程和变分法变分法）求出其求出其单位长电容单位长电容C，每每单位长电感单位长电感仍仍为为L L0 0，于是微带线于是微带线的特性阻抗的特性阻抗与与相位相位传播常数分别为传播常数分别为: :000aLCZZCC00aCLCC2.2.2 微带线微带线特性分析特性分析电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义两种情况下，上述准静态两种情况下

18、，上述准静态法将不适用：法将不适用：u介质厚度和波长相比拟；介质厚度和波长相比拟；u频率较高时，例如毫米波频频率较高时，例如毫米波频段的高端。段的高端。原因：存在高阶模式！原因：存在高阶模式！利用利用全波法求解，可获得全波法求解，可获得更为准确的更为准确的微带线特性阻微带线特性阻抗和有效介电常数。抗和有效介电常数。fre,Zc2.2.2 微带线微带线特性分析特性分析电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义不不论准静态分析论准静态分析或全波分析都很或全波分析都很难难找到找到简单的简单的公式公式解，而必需利用解，而必需利用数值数值方法，以方法，以电脑计算数值解。电脑计算数值解。u市面上有市面上有许

19、多许多商用商用软件软件可作可作微带线微带线的的准静态准静态分析及全波分析及全波分析分析 。u优缺点：优缺点：精度高、但计算效率太低，无法满足工精度高、但计算效率太低，无法满足工程需要。程需要。半半经验经验解析公式解析公式u利用近似物理模型或利用近似物理模型或纯经验表达式与测量纯经验表达式与测量結果，結果，导出传导出传播播常數常數与与特性阻抗的公式特性阻抗的公式；u例：例：Bahl Bahl 与与Garg Garg 的的准静态准静态公式公式( (与实验结果与实验结果結果結果相当相当吻合吻合) )2.2.2 微带线微带线特性分析特性分析电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义uBahlBahl 与

20、与 GargGarg 准静态准静态公式公式计算结果计算结果 介质介质基板厚度基板厚度100mm，金属金属带条带条厚度厚度3mm； 相同的相同的频率频率、基板基板厚度、及厚度、及金金属带条属带条厚度之下，微厚度之下，微带线带线的特的特性阻抗性阻抗与传播与传播特性只特性只与金属带与金属带条宽度条宽度有有关；关； 其他其他条件条件固定固定时时，金属带条越金属带条越宽宽，其特性阻抗，其特性阻抗越越小，而相小，而相对对介电常数越介电常数越大大； 可可轻易轻易在同一在同一块电块电路板作出不路板作出不同特性阻抗同特性阻抗传输线。传输线。r,w,hre,Zc2.2.2 微带线微带线特性分析特性分析电子科技大学

21、电子工程学院微波集成电路讲义2.2.2 微带线微带线特性分析特性分析电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义29色散色散(Dispersion)u 色散：电磁波的传播速度随其频率变化而变化的现象。色散：电磁波的传播速度随其频率变化而变化的现象。u微微带线带线不不传播传播TEMTEM波波 全波分析全波分析显示显示其有效相其有效相对对介介点常数（点常数（ re e) )和特性阻抗都和特性阻抗都会随频率变会随频率变化，称为化，称为色散色散； 有效相有效相对介电常数对介电常数re下相位传播常数为：下相位传播常数为：u也有研究人也有研究人员员提出色散模型的半提出色散模型的半经验经验公式公式 例例：Ham

22、merstadHammerstad与与JensenJensen的特性阻抗公式的特性阻抗公式 ； 例例：M.KobayashiM.Kobayashi的有效的有效相对介电常数相对介电常数公式公式；均不必均不必记记，可，可写成函数写成函数，使用时调用就可使用时调用就可 re002.2.2 微带线微带线特性分析特性分析电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义Hammerstad特性阻抗公式（误差范围特性阻抗公式（误差范围1%0，则需要对前式中带条，则需要对前式中带条宽度宽度w以有效宽度以有效宽度we进行修正，即：进行修正，即： we=w+w。在。在介电常数介电常数2 r 6、w/h1.25和和0.1t

23、/w5h，侧壁与微带间距，侧壁与微带间距5w时，可以忽略。时，可以忽略。2.2.2 微带线微带线特性分析特性分析电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义32u色散色散效应影响效应影响 特性阻抗和有效介电常数随频率变化很小，我们可特性阻抗和有效介电常数随频率变化很小，我们可以引用一经验公式：以引用一经验公式： 其中其中fd d的单位为的单位为GHzGHz，h h的单位为的单位为cmcm。当。当ffd时，色散效应可以时，色散效应可以忽略。忽略。 例例 采用相对介电常数为采用相对介电常数为2.22.2，厚度为，厚度为0.254mm0.254mm的介质基片作为微的介质基片作为微带线的衬底时，对于带线的

24、衬底时，对于5050欧姆阻抗线而言，色散效应可以忽略的欧姆阻抗线而言，色散效应可以忽略的最高频率是多少？最高频率是多少？2.2.2 微带线微带线特性分析特性分析电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义2.2.2 微带线微带线特性分析特性分析电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义Rogers RT/duroid 5880Rogers RT/duroid 5880高频层高频层压板使用在压板使用在: :商用航空电话电路商用航空电话电路微带线和带状线电路微带线和带状线电路毫米波应用毫米波应用军用雷达系统军用雷达系统导弹制导系统导弹制导系统点对点数字无线电天线点对点数字无线电天线2.2.2 微带线微带

25、线特性分析特性分析电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义微带线中微带线中传输模式传输模式u空气介质的微带线存在无色散的空气介质的微带线存在无色散的TEM模模。u实际微带线是制作在介质基片上的，是实际微带线是制作在介质基片上的，是TE模和模和TM模模的的混合模混合模。u微带线中的传输模式类似于微带线中的传输模式类似于TEM模，故称为模，故称为准准TEM模模。2.2.2 微带线微带线特性分析特性分析电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义36微微带线无带线无法法传播传播TEM波波说明说明u空气与介质空气与介质的交界面上的交界面上电场电场的的切切线线方向分量方向分量连续，因此连续，因此axdxEE

26、 下下标标d和和a分別表示交界面的分別表示交界面的介介质侧质侧及空及空气侧。气侧。2.2.2 微带线微带线特性分析特性分析电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义37微微带线无法传播带线无法传播TEM波波说说明明u利用利用Maxwell 方程式可得方程式可得u在在直角坐直角坐标标系展系展开开，且利用交界，且利用交界面面两侧两侧磁磁场强场强度法度法线线方向分量方向分量连连续续的的条条件件(假定假定介质介质的的r=1) axdxHH)()(zHyHyHyrdzazr12.2.2 微带线微带线特性分析特性分析微微带线无带线无法法传播传播TEM波波说说明明u由由于于 大大于于1，而且，而且界界面上的面

27、上的Hy不不为为零，它零，它对对z的的变变化也不化也不为为零零，因此因此式右式右边边的的项项不不会会是零是零，依据，依据上面的公式，上面的公式，其左方的其左方的项项因此不因此不能能为为零零，所以，所以H Hz z也就不可以是也就不可以是。rzHyHyHyrdzazr1无法满无法满足足TEMTEM波波Hz=0Hz=0！ 2.2.2 微带线微带线特性分析特性分析电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义uTE10TE10模截止波长为模截止波长为 uTM01TM01模截止波长为模截止波长为 波导模波导模: : u微带线中的高次模：微带线中的高次模：波导模和表面波模波导模和表面波模波导模是指在金属导带与

28、接地板之间构成有限宽度的平板波波导模是指在金属导带与接地板之间构成有限宽度的平板波导中存在的导中存在的TETE、TMTM模模。平板波导的最低。平板波导的最低TETE模和模和TMTM模是模是TETE1010模、模、TMTM0101模。模。rcw210TEh2rc2.2.2 微带线微带线特性分析特性分析电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义微带线中的主模和高次模微带线中的主模和高次模u表面波模表面波模TETE1 1模截止波长模截止波长: :u表面波表面波TMTM0 0模截止波长模截止波长：表面波模表面波模: : 141crTEh0cTM微带线的微带线的单模工作条件单模工作条件: :min(20.

29、8 )41rrWhh 例例 ：对于石英基片，相对介电常数为：对于石英基片，相对介电常数为3.83.8，工作在，工作在100GHz100GHz时，时，要求最低表面模与准要求最低表面模与准TEMTEM模之间耦合可以忽略下，石英基片的模之间耦合可以忽略下，石英基片的厚度不能超过多少？厚度不能超过多少？2.2.2 微带线微带线特性分析特性分析电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义2.2.3微带线的损耗微带线的损耗微带线的损耗主要分为三部分：微带线的损耗主要分为三部分：（1 1）介质损耗：介质损耗：当电流通过介质时，由于介质分子交替着极当电流通过介质时，由于介质分子交替着极化和晶格来回碰撞，而产生的损

30、耗。化和晶格来回碰撞，而产生的损耗。（2 2）导体损耗：导体损耗：微带线的导体带条和接地板均具有有限的电微带线的导体带条和接地板均具有有限的电导率，电流通过时必然引起损耗，导率，电流通过时必然引起损耗，是微带线损耗的主要部分是微带线损耗的主要部分。（3 3）辐射损耗：辐射损耗：由微带线场结构的半开放性所引起。为避免由微带线场结构的半开放性所引起。为避免辐射，减小损耗，并防止有其他电路的影响，一般的微带电路辐射，减小损耗，并防止有其他电路的影响，一般的微带电路均装在均装在金属屏蔽盒金属屏蔽盒中。中。电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义2.2.3微带线的损耗微带线的损耗20llPPe20(1)

31、lPPe21-2lel001=22PpPlPp p为单位长度传输线的功率损耗为单位长度传输线的功率损耗电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义u介质损耗：介质损耗：010122ddpP 1 1为介质的介电常数，为介质的介电常数， 0 0为导磁率，并把存在的介质损耗为导磁率，并把存在的介质损耗用一个等效损耗电导用一个等效损耗电导 1 1 来表示。来表示。 当有介质损耗时，其有功电流密度和无功电流密度各为当有介质损耗时，其有功电流密度和无功电流密度各为 1 1E E和和j j1 1E E。两者大小比值。两者大小比值的正切是衡量介质损耗的一个基的正切是衡量介质损耗的一个基本参量，本参量，称为称为损耗

32、角正损耗角正切：切： 11tan =dtan27.3/gdB cm通常该损耗与导体损耗相比往往可以忽略不计通常该损耗与导体损耗相比往往可以忽略不计，但在介质，但在介质吸水或含有其他杂质时，介质损耗将会增大吸水或含有其他杂质时，介质损耗将会增大。2.2.3微带线的损耗微带线的损耗电场全部浸在电场全部浸在介质中时介质中时电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义u导体损耗：导体损耗：00=(/)0.86822cccRRN mZZ（dB/m）表面电阻系数表面电阻系数R0c趋肤深度趋肤深度c表面不平度表面不平度c要求：要求：1.表面粗糙度表面粗糙度5趋附深度。趋附深度。2.2.3微带线的损耗微带线的损耗

33、电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义总损耗随基片厚度的变化情况总损耗随基片厚度的变化情况f,r,hT2.2.3微带线的损耗微带线的损耗电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义Q一段微带线上的最大储能 2一段微带线一个周期内的损耗能量品质因数品质因数Q Q值的定义：值的定义： 由于传输线上损耗的能量分成由于传输线上损耗的能量分成介质、导体和辐射损耗介质、导体和辐射损耗，因，因此也有相应的此也有相应的Q Qc c( (导体损耗对应导体损耗对应Q Q值值) )、Q Qd d（介质损耗对应（介质损耗对应Q Q值）值）和辐射损耗和辐射损耗Q Qr r( ( 辐射损耗对应的辐射损耗对应的Q Q值值),

34、 ),它们的关系是它们的关系是 ：1111=cdrQQQQ微带线的品质因素微带线的品质因素2.2.4微带线的品质因素微带线的品质因素电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义与波导、同轴线相比，微带的与波导、同轴线相比，微带的Q Q值通常要低一至二个数量级值通常要低一至二个数量级品质因数随基片厚度的变化情况品质因数随基片厚度的变化情况对一个给定频率，存在一个对一个给定频率，存在一个使使Q值最大的最佳基片厚度值最大的最佳基片厚度hoptf,rhopt（原因：辐射损耗（原因：辐射损耗 ）2.2.4微带线的品质因素微带线的品质因素电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义毫米波电路尺寸小，制造公差问题比

35、较突出毫米波电路尺寸小，制造公差问题比较突出公差的影响公差的影响低介电常数的薄低介电常数的薄基片允许的公差基片允许的公差相对大一些相对大一些2.2.5微带线的公差影响微带线的公差影响电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义u最高工作频率受限于最高工作频率受限于寄生模的激励寄生模的激励过高的损耗过高的损耗色散色散严重的不连续效应严重的不连续效应辐射引起的辐射引起的Q Q值降低值降低严格的制造公差严格的制造公差加工安装损坏加工安装损坏制造工艺的限制制造工艺的限制 频率上限频率上限2.2.6 微带线微带线的工作频率极限的工作频率极限目前理论表明，普目前理论表明，普通微带线结构最高通微带线结构最高工作

36、频率工作频率110GHz(36)W 和和 2.3 带带状状线线电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义特性阻抗特性阻抗： 惠勒（惠勒（WheelerWheeler，H.A.H.A.）用保角变换法得到了如下有限）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厚度导体带带状线特性阻抗公式2304 18 18 1Zln 1.6.27crmmmtbWtbWmnxbWxxxxxtbW1 . 1/0796. 02ln5 . 01)1 (2btxxx，1.3212n式中式中t t为导体带的厚度。当为导体带的厚度。当W / (b - t)10W / (b - t)h(Wh(即边缘场的作用不大即边缘场的

37、作用不大) )时可用下列近似公式计算其特时可用下列近似公式计算其特性阻抗和等效介电常数：性阻抗和等效介电常数： cceZZ120 ()cahZw(1)rercahbah2.4 悬置微带和倒置微带悬置微带和倒置微带电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义2.5 槽线和共面波导槽线的场结构和电流分布槽线的场结构和电流分布槽线结构示意图槽线结构示意图TE波槽线的介质基片必须用槽线的介质基片必须用高介电常数材料高介电常数材料电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义 共面波导有一个独特的性质，即其共面波导有一个独特的性质，即其特性阻抗与特性阻抗与基片的厚度几乎无关基片的厚度几乎无关。因此，可以利用低损耗

38、。因此，可以利用低损耗高介电常数的材料作为基片来减小纵向电路尺高介电常数的材料作为基片来减小纵向电路尺寸，这对于寸，这对于低频段的微波集成电路低频段的微波集成电路来说是特别来说是特别重要的。重要的。共面波导的结构示意图共面波导的结构示意图共面波导的场强示意图共面波导的场强示意图2.5 槽线和共面波导电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义 准准TEMTEM模传输截止频率高，适合极高频集成电路应模传输截止频率高，适合极高频集成电路应用；色散效应比微带线弱，适合宽带电路设计。用；色散效应比微带线弱，适合宽带电路设计。100GHz 100GHz 放大器单片电路放大器单片电路2.5 槽线和共面波导电子

39、科技大学电子工程学院微波集成电路讲义缺点：缺点： 微带线的损耗要低于共面波导；微带线的损耗要低于共面波导； 微带线的等效介电常数要高于共面波导，因此微带线的等效介电常数要高于共面波导，因此具有更短的波长，从而具有更小的分布效应；具有更短的波长，从而具有更小的分布效应； 共面波导的模型更为复杂，建模困难。共面波导的模型更为复杂，建模困难。5-55GHz 5-55GHz 分分布式放大器布式放大器单片电路单片电路2.5 槽线和共面波导电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义 微带线是一种非常好的传输线结构，目前最高频率可达微带线是一种非常好的传输线结构，目前最高频率可达100GHz100GHz以上。

40、但是在毫米波高端仍旧存在问题：以上。但是在毫米波高端仍旧存在问题： 1. 1.辐射损耗大辐射损耗大，电路中，电路中寄生模耦合明显增加寄生模耦合明显增加，电路，电路Q Q值降值降低。低。 2. 2.强烈的色散效应强烈的色散效应以及随之而来的高次模传输的可能性必以及随之而来的高次模传输的可能性必然导致电路稳定性下降。然导致电路稳定性下降。 3. 3.把多个电路集成在一起时，为减小电路间的有害耦合把多个电路集成在一起时，为减小电路间的有害耦合必必须采用模式隔离或谐振吸收装置须采用模式隔离或谐振吸收装置。2.6鳍线鳍线1972年，P.J.Meier提出的鳍线（Fishline）电子科技大学电子工程学院微波集