微波电路西电雷振亚老师的传输线理论学习教案

1、会计学1微波电路西电雷振亚老师微波电路西电雷振亚老师(losh)的传输的传输线理论线理论第一页，共95页。,(dinli)密度可表示为2alRdc（2-1） 20aIJz（2-2） 第2页/共95页第二页，共95页。进 一 步 研 究 表 明 ， 在 射 频（f500MHz）范围此导线相对于直流状态的电阻和电感可分别表示为22aRLaRRdcdc（2-3a） （2-3b） 第3页/共95页第三页，共95页。向的电流密度可以表示为)()(210paJprJapIJz（2-5）第4页/共95页第四页，共95页。第5页/共95页第五页，共95页。图 2-1 交流(jioli)状态下铜导线横截面电流密

2、度对直流情况的归一化值第6页/共95页第六页，共95页。图2-2 半径a=1mm的铜导线在不同频率下的Jz/Jz0相对(xingdu)于r的曲线 21.81.61.41.210.80.60.40.2000.11 kHz0.30.40.50.60.70.80.9110 kHz100 kHz1 MHz100 MHz1 GHz10 MHzr / mmJz / Jz00.2第7页/共95页第七页，共95页。身就具有一定的电感量,这个电感在射频/微波电路中,会影响电路的工作性能。电感值与导线的长度形状、 工作频率有关。工程中要谨慎设计,合理使用金属(jnsh)导线的电感。n金属(jnsh)导线可以看作一

3、个电极,它与地线或其他电子元件之间存在一定的电容量,这个电容对射频/微波电路的工作性能也会有较大的影响。对导线寄生电容的考虑是射频/微波工程设计的一项主要任务。第8页/共95页第八页，共95页。第9页/共95页第九页，共95页。第10页/共95页第十页，共95页。nn（2-6b）n当电阻厚度(hud)一定时,电阻值与长宽比成正比。WHLR(2-6a) HRh1WLRRh第11页/共95页第十一页，共95页。LWH图2-3 物质(wzh)的体电阻第12页/共95页第十二页，共95页。电路还要考虑线绕部分造成的电感量L1和绕线间的电容C1,引线间电容Cb与内部的绕线电容相比一般较小,可以忽略,等效

4、电路如图2-5所示。第13页/共95页第十三页，共95页。图2- 4 电阻(dinz)的等效电路 RCaLLCb第14页/共95页第十四页，共95页。图 2-5 线绕电阻(dinz)的等效电路 RC1L2L2C2L1第15页/共95页第十五页，共95页。第16页/共95页第十六页，共95页。图2-6 电阻的阻抗(zkng)绝对值与频率的关系103102101100101102103106107108109101010111012理想电阻电容效应电感效应f / Hz| Z | /第17页/共95页第十七页，共95页。(yuxin)阻抗值。这一结果说明,看似与频率无关的电阻器,用于射频/微波波段将

5、不再仅是一个电阻器,应用中应特别加以注意。n电阻的基本结构为图2-3所示长方体。在微波集成电路中,为了优化电路结构和某些寄生参数,会用到曲边矩形电阻。第18页/共95页第十八页，共95页。dAdACr0第19页/共95页第十九页，共95页。导率。n在射频/微波应用中,还要考虑引线电感L以及引线导体损耗(snho)的串联电阻Rs和介质损耗(snho)电阻Re,故电容器的等效电路如图2-7所示。CjGZe1（2-8） dAGde（2-9） 第20页/共95页第二十页，共95页。图2-7 射频(sh pn)电容的等效电路 CLReRg第21页/共95页第二十一页，共95页。第22页/共95页第二十二

6、页，共95页。图2-8 电容(dinrng)阻抗的绝对值与频率的关系1021011f / Hz| Z | /1011001011021091010108理想电容实际电容第23页/共95页第二十三页，共95页。结构缠绕而成,如图2-9所示。第24页/共95页第二十四页，共95页。图2-9 在电感线圈中的分布电容和串联(chunlin)电阻RdCdRd第25页/共95页第二十五页，共95页。,效电路图如图2-10 所示。lNrL202第26页/共95页第二十六页，共95页。图2-10 高频(o pn)电感的等效电路LRsCs第27页/共95页第二十七页，共95页。为绕成线圈的导线总长度,根据式（2

7、-7）可求得Cs=0.087 pF。导线的自身阻抗由式（2-1）可求得,即0.034。于是可得图2-10所示等效电路对应的阻抗频率特性曲线如图2-11所示。第28页/共95页第二十八页，共95页。图2-11 电感阻抗的绝对值与频率(pnl)的关系f / Hz| Z | /1051010理想电感1041031021011081091011实际电感第29页/共95页第二十九页，共95页。第30页/共95页第三十页，共95页。电路中均包含储能元件和耗能元件,其中电容、 电感代表储能元件,电阻代表耗能元件。由两者的比值关系可以看出,元件的耗能越小,Q值越高。当元件的损耗趋于无穷小,即Q值无限大时,电路

8、越接近于理想电路。在某些射频/微波电路设计中,Q值概念清晰,计算方便。元件耗能元件的储能Q第31页/共95页第三十一页，共95页。第32页/共95页第三十二页，共95页。图2-12 单位(dnwi)长度传输线的等效电路源LRCG负载第33页/共95页第三十三页，共95页。nU(z)=U+e-z+U-eznI(z)=I+e-z-I-ez 0)()()()()(0)()()()()(222222zILGRCjzILCRGdzzIdzULGRCjzULCRGdzzUd(2-11) (2-12) 第34页/共95页第三十四页，共95页。jCjGLjR)(2-13) UCjGdzdIILjRdzdU)(

9、)(2-14) 第35页/共95页第三十五页，共95页。有损耗,无耗传输线的传输系数及特性阻抗Z0分别为CjGIUCjGLjRCjGIUIUZ0CLZLCjj0第36页/共95页第三十六页，共95页。n其中Y0定义为传输线的特性导纳: jCGLRLCLCj)(2（2-15） )(21)(200GZRYCGLRLCLCZY001第37页/共95页第三十七页，共95页。nez (2-16) 第38页/共95页第三十八页，共95页。图2-13 传输线电路(dinl)源I(z)IezIezzLU(z)UezUezILUUz0ZLULz第39页/共95页第三十九页，共95页。(2-17) )(0UUUU

10、ZIUZLLL(2-18) )(10UUZIL(2-19) 第40页/共95页第四十页，共95页。)11(0LLLLLZZZz(2-20) LjLLLLeZZUU11(2-21) 第41页/共95页第四十一页，共95页。时,|L|1, 为行驻波状态。n线上任意点的反射系数为n(z)=|L|ejL-j2z(2-22a)n定义驻波比VSWR和回波损耗RL为nLLLRLVSWRlg20,11(2-22b)第42页/共95页第四十二页，共95页。n（2） 当L =/2时, Zin=ZL。n（ 3 ）当 L = / 4时,Zin=Z20/ZL。LjLLjLjLjeeUUeUeUL22)( (2-23)

11、)tan()tan(000LjZZLjZZZZLLin (2-24) 第43页/共95页第四十三页，共95页。)tanh()tanh(000LjZZLjZZZZLLin(2-26)第44页/共95页第四十四页，共95页。着近年来电子版圆图的普及,使得史密斯圆图得到了大量应用。第45页/共95页第四十五页，共95页。222222222222011111112111111xxrrrrrjezzjxrZZziriririiririrLjLLLLLL(2-27) (2-28) (2-29) 第46页/共95页第四十六页，共95页。第47页/共95页第四十七页，共95页。图 2-14 等电阻(dinz)

12、圆 10421.20.90.60.30.10第48页/共95页第四十八页，共95页。图 2-15 等电抗(dinkng)圆 0.51031.20.80.30.100.10.30.50.81.2310容抗感抗第49页/共95页第四十九页，共95页。第50页/共95页第五十页，共95页。图 2-16 常用(chn yn)射频/微波传输线同轴线微带线带状线共面波导缝隙线悬置微带线矩形波导圆波导鳍线介质波导第51页/共95页第五十一页，共95页。第52页/共95页第五十二页，共95页。n（2） 电特性参数: 特性阻抗Z0、 工作频率f0、工作波长0、波导波长g和电长度（角度）。n（3） 微带线参数：宽

13、度W、长度L和单位长度衰减量AdB。第53页/共95页第五十三页，共95页。图 2-17 微带线的横截面结构(jigu)示意图xyrr导体1Wht介质材料导体2O第54页/共95页第五十四页，共95页。AdB）。第55页/共95页第五十五页，共95页。dcgeeeaaALthtwtwtwW2)2ln(1 )4ln(1 517. 0293. 0) 1ln(1)12ln() 1(2)418(1rrrHHedddheehw高阻 Z044-2r 低阻 Z044-2r 第56页/共95页第五十六页，共95页。rrrercreerrdegZdHZffafca020000095.59)4ln12(ln112

14、19 .119) 1(22110ln2000tan1173. 2第57页/共95页第五十七页，共95页。第58页/共95页第五十八页，共95页。)101 (2121)4ln12(ln11211212)4ln12(ln) 1(21)244ln() 1(29 .1199 . 02ln2ln21216ln4ln229 .11921220errrrrregrrrrrrrwhHpWhWhhWeehWZ 宽带(kun di) W3.3h 窄带(zhi di) W3.3h 高阻Z044-2r 低阻Z044-2r 第59页/共95页第五十九页，共95页。第60页/共95页第六十页，共95页。,计算任务。第61

15、页/共95页第六十一页，共95页。n高速传送信号的基板材料一般有陶瓷材料、玻纤布、聚四氟乙烯、 其他热固性树脂等。表2-1给出了微波集成电路中常用介质材料的特性。就微带加工工艺而言,这些材料有两种实现方式：(1) 在基片上沉淀金属导带,这类材料主要是陶瓷类刚性材料。这种方法工艺复杂,加工周期长,性能指标好,在毫米波或要求高的场合使用。第62页/共95页第六十二页，共95页。第63页/共95页第六十三页，共95页。表2-1 微波集成电路(jchng-dinl)中常用介质材料的特性第64页/共95页第六十四页，共95页。表2-2 覆铜板(tngbn)基材的国内外主要生产厂家 第65页/共95页第六

16、十五页，共95页。影响。目前的铜箔类型有压延铜箔和电解铜箔两类。压延铜箔较电解铜箔更适合(shh)于制造高精密图形,所以在材料订货时,可以考虑选择压延铜箔的基材板。第66页/共95页第六十六页，共95页。足介电性能的前提下,应尽可能选择z轴热膨胀系数小的基材； 二是湿度对基材板选择的影响(yngxing),基材树脂本身吸水性很小,但加入增强材料后,其整体的吸水性增大,在高湿环境下使用时会对介电性能产生影响(yngxing),因而选材时应选择吸水性小的基材或采取结构工艺上的措施进行保护。第67页/共95页第六十七页，共95页。第68页/共95页第六十八页，共95页。中,TMM10基材中填充的陶瓷

17、粉较多,性能(xngnng)较脆,给图形制造和外形加工过程带来很大难度,容易缺损或形成内在裂纹,成品率相对较低。目前对TMM10板材外形加工采用的是激光切割的方法,成本高,效率低,生产周期长。所以,在可能的情况下,可考虑优先选择ROGERS公司符合介电性 能 ( x n g n n g ) 要 求 的RT/Duroid系列基材板。第69页/共95页第六十九页，共95页。应的调整(tiozhng)。电镀镍金工艺流程被细分为电镀镍金的阳版工艺流程和电镀镍金的阴版工艺流程。工艺说明如下:n（1） 线路图形互连时,可选用图形电镀镍金的阴版工艺流程。n（2） 为提高微波印制板的制造合格率,尽量采用图形电

18、镀镍金的阴版工艺流程。如果采用图形电镀镍金的阳版工艺流程,若操作控制不当,会出现渗镀镍金的质量问题。第70页/共95页第七十页，共95页。n（5） 当线路制造精度要求为0.03 mm以上时,各流程之相应处可采用干膜（或湿膜）制板工艺方法。n第71页/共95页第七十一页，共95页。n微波印制板的制造正向着FR-4普通刚性印制板的加工方向发展,越来越多的刚性印制板制造工艺和技术运用到微波印制板的加工上来,具体表现在微波印制板制造的多层化、 线路制造精度的细微化、数控加工的三维化和表面涂覆的多样化。第72页/共95页第七十二页，共95页。趋势。n第73页/共95页第七十三页，共95页。(jid)会提

19、出更高要求,如普遍解决聚四氟乙烯基板的孔金属化,解决带铝衬底微波板的接地(jid)。第74页/共95页第七十四页，共95页。数控加工,以及高精度微波(wib)印制板的批生产检验,已经离不开计算机技术。因此,需将微波(wib)印制板的CAD与CAM、 CAT连接起来,通过对CAD设计的数据处理和工艺干预,生成相应的数控加工文件和数控检测文件,用于微波(wib)印制板生产的工序控制、工序检验和成品检验。第75页/共95页第七十五页，共95页。工艺方法,经过大量的工艺实验,优化各相关工序的工艺参数,并确定(qudng)各工序的工艺余量。第76页/共95页第七十六页，共95页。证在恶劣环境下微带图形不

20、被损坏。这其中除微带图形表面的可焊性镀层外,最主要的是应解决既有效防护又不影响微波性能(xngnng)的三防保护技术。第77页/共95页第七十七页，共95页。时还存在微带图形的保护问题。第78页/共95页第七十八页，共95页。采用(ciyng)先进的计算机控制数控加工技术。但带铝衬板微波印制板的外形加工技术既不同于金属材料加工,也不同于非金属材料加工。由于金属材料和非金属材料共同存在,它的加工刀具、 加工参数等以及加工机床都具有极大的特殊性,也有大量的技术问题需要解决。外形加工工序是微波印制板制造过程中周期最长的一道工序,因而外形加工技术解决的好坏直接关系到整个微波印制板的加工周期长短,并影响到产品的研制或生产周期。第79页/共95页第七十九页，共95页。第80页/共95页第八十页，共95页。第81页/共95页第八十一页，共95页。5 . 111 98.13lg20 75507550) 1 (00LLLLLLLVSWRRZZZZ)60180(002 . 0 )2058(tantan)2(jjdinLLLineejjZZj