第二章 微波集成传输线-23其他类型

1、电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义2.3 其他类型集成传输线带状线带状线悬置微带和倒置微带悬置微带和倒置微带共面共面波导波导鳍线鳍线p其他类型集成传输线其他类型集成传输线槽线槽线TEM波传输线准TEM波传输线非TEM波类传输线电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义2.3.1 带状线u带状线传输带状线传输TEM波波，主要由，主要由三导体三导体构成，故又称为三板线构成，故又称为三板线或夹心线。或夹心线。u同轴线到带状线演变过程同轴线到带状线演变过程电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义2.3.1 2.3.1 带状线带状线u带状线是早期微波集成电路采取的主要传输线形式，带状线是早期微波集成

2、电路采取的主要传输线形式，主要用于实现微波无源元件，如功率分配器、滤波主要用于实现微波无源元件，如功率分配器、滤波器、定向耦合器、器、定向耦合器、balunbalun等。等。u在在LTCCLTCC电路电路中应用：中间中应用：中间层信号传输层信号传输电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义u特性参数特性参数2.3.1带状线带状线 相速：相速：prc式中，式中，c c为光速，为光速，rr为带状线中填充介质的相对介电常数为带状线中填充介质的相对介电常数。 波导波长：波导波长：0gr式中，式中，00为自由空间中为自由空间中TEMTEM波波长波波长电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义2.3.1 带状

3、线带状线u特性阻抗特性阻抗001rcpZCcCC C0 0为为单单位位长带状线长带状线的分布的分布参数参数电电容容：由由带状线带状线的的结构结构尺寸和尺寸和填填充介充介质决质决定定。分布分布参数电参数电容可用保角容可用保角变换变换法求解法求解惠勒惠勒（WheelerWheeler，H.A.H.A.）用保角变换法得到了如下有限厚度）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导体带带状线特性阻抗公式2304 18 18 1Zln 1.6.27ccrZmmmtbWtbWmnxbWxxxxxtbW1 . 1/0796. 02ln5 . 01)1 (22n21.3 1txxbx，t t为导体

4、带的厚度。当为导体带的厚度。当W W /(b-t/(b-t)10)wh(h(即即边缘场的作用不大边缘场的作用不大) )时时, ,有近有近似公式：似公式：0120 ()cahZw(1)rercahbahu主要特性参数主要特性参数0cZceZ为空气线的特性阻抗。0cZ电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义2.3.2悬置微带和倒置微带悬置微带和倒置微带 传输线损耗主要是金属损耗，传输线损耗主要是金属损耗， c c可用微带线金属损耗可用微带线金属损耗公式计算公式计算在在Wh(Wh(即边缘场的作用不大即边缘场的作用不大) )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有效介电常数：性阻

5、抗和有效介电常数： u主要特性参数主要特性参数 传输线传输线Q Q值，主要由金属损耗决定值，主要由金属损耗决定c=cgQQ电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义2.3.3槽线u基本特性基本特性 具有纵向磁场分量，主要传播具有纵向磁场分量，主要传播TETE波，色散传输线波，色散传输线 空间场分量存在，可做辐射天线空间场分量存在，可做辐射天线 可用作传输线，采用可用作传输线，采用高介电常数高介电常数基片基片使电磁场能量集中于槽使电磁场能量集中于槽内，内，减小辐射损耗减小辐射损耗 可可制作高阻抗线制作高阻抗线TE波电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义2.3.3槽线u基本特性基本特性 槽缝两边有

6、电位差，电场跨过槽口，磁场垂直于槽口，便于并槽缝两边有电位差，电场跨过槽口，磁场垂直于槽口，便于并联两端器件联两端器件 磁场磁场具有具有椭圆极化区，可用于设计非互易铁氧体器件，如环形椭圆极化区，可用于设计非互易铁氧体器件，如环形器、隔离器等器、隔离器等 便于和微带线耦合，制作耦合器，过渡结构便于和微带线耦合，制作耦合器，过渡结构电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义2.3.3槽线u主要特性参数主要特性参数 色散传输线，相速和特性阻抗随频率变化：色散传输线，相速和特性阻抗随频率变化：c0( )Z ( )0pfvfcf时， 阻抗定义具有任意性，一般采用功率阻抗定义具有任意性，一般采用功率- -电

7、压定义：电压定义：2/2cZVPmaxVE dl式中，0ge 波导波长波导波长 等效介电常数等效介电常数12re，误差误差为为10%10%以内以内电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义2.3.4 共面波导（CPW）u基本特性基本特性 传播准传播准TEMTEM波波，色散传输线，色散传输线 具有圆极化磁场分布，便与设计非互具有圆极化磁场分布，便与设计非互易器件易器件 中心导带与接地层位于同一平面，便中心导带与接地层位于同一平面，便于并联连接两段器件于并联连接两段器件 特性阻抗与基片厚度几乎无关，可采特性阻抗与基片厚度几乎无关，可采用高介电常数基片减小导波波长，实用高介电常数基片减小导波波长，实现

8、微波低频率下的小型化设计现微波低频率下的小型化设计电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义2.3.4 共面波导（CPW）u主要特性参数主要特性参数060( )=( )12ccerZK kZK kK(k)为第一类完全椭圆积分为第一类完全椭圆积分: :( )( )K kK k11/kab21kk为对应空气线的为对应空气线的特性阻抗特性阻抗0cZ12re21precvc0( )60( )cK kZK k以上结果为基片厚度以上结果为基片厚度h=的结果的结果采用高采用高 r，h2-3s时，时，Zc的影响很小的影响很小电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义u结构特点结构特点2.3.5鳍线鳍线（1 1）在

9、在矩形金属矩形金属波导波导内内E E面嵌入面嵌入槽线所槽线所组成的组成的一种复合一种复合结构结构（2 2）一一种由介质片支撑具有薄脊的加脊波导种由介质片支撑具有薄脊的加脊波导 鳍线是一种可用于毫米波混合集成电路鳍线是一种可用于毫米波混合集成电路的准平面结构的准平面结构传输线传输线: :（1 1）电路电路图形，包括有源器件在内都集成在一块介图形，包括有源器件在内都集成在一块介质基板上，具有平面结构质基板上，具有平面结构；（2 2）电路电路设计必须要考虑到金属设计必须要考虑到金属波导立体结构的波导立体结构的影影响。响。1972年，P.J.Meier提出鳍线（Finline）结构电子科技大学电子工程

10、学院微波集成电路讲义u基本特性基本特性2.3.5鳍线鳍线 鳍线鳍线传播传播TETE和和TMTM混合波；通常设计为传混合波；通常设计为传输主模为准输主模为准TE10TE10波波 传播特性传播特性与脊波导类似，具有比矩形波与脊波导类似，具有比矩形波导更宽的单模传输带宽导更宽的单模传输带宽 根据根据“加脊加脊”方式不同方式不同，有双侧鳍线，有双侧鳍线，单单侧鳍线，对极鳍线，绝缘鳍线等侧鳍线，对极鳍线，绝缘鳍线等电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义u基本特性基本特性2.3.5鳍线鳍线 鳍线鳍线用于用于毫米波毫米波频率频率 一一种嵌入金属波导内的传输种嵌入金属波导内的传输结构结构 鳍线鳍线具有微波集

11、成传输线的一些具有微波集成传输线的一些优点优点: : 对有源和无源电路的集成提供了可能条件。对有源和无源电路的集成提供了可能条件。当金属鳍位于同一侧时，当金属鳍位于同一侧时，鳍线结构可方便地并联连接两端有源器件，制作成开关、移相器、鳍线结构可方便地并联连接两端有源器件，制作成开关、移相器、混频器、倍频器等电路混频器、倍频器等电路。 同时同时，由于鳍线中电磁能量主要集中在金属鳍间缝隙内，而金属鳍，由于鳍线中电磁能量主要集中在金属鳍间缝隙内，而金属鳍可由集成电路工艺实现，避免了矩形金属波导在毫米波频段所要求可由集成电路工艺实现，避免了矩形金属波导在毫米波频段所要求的严格机械加工公差，具有平面电路制

12、作上的优点的严格机械加工公差，具有平面电路制作上的优点。电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义鳍线阻抗变鳍线阻抗变换器换器u基本特性基本特性2.3.5鳍线鳍线鳍线鳍线结构结构上上介于介于立立体传输线和平面集体传输线和平面集成传输线成传输线之间可之间可方方便地用作这两者之便地用作这两者之间的过渡转换间的过渡转换。鳍线具有较低的损鳍线具有较低的损耗，电路耗，电路Q Q值高，可值高，可方便地用于设计成方便地用于设计成谐振器、滤波器等谐振器、滤波器等电路电路。矩形波导矩形波导- -鳍线鳍线过渡段过渡段鳍线滤波器鳍线滤波器电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义u特性参数特性参数2.3.5鳍线鳍线 鳍线是鳍线是一种分区填充介质的导波系统，工作于一种分区填充介质的导波系统，工作于混合模式。精确地分析、计算其色散特性及特混合模式。精确地分析、计算其色散特性及特性阻抗需要依赖各种数值计算方法性阻抗需要依赖各种数值计算方法。 单面鳍线单面鳍线可可近似近似为为等效等效脊波导，波导脊波导，波导内均匀填充内均匀填充 e e，此时：，此时：02e0ccZZ0g20ec12.5e当时，20eecccffeccf，为截止频率 时的等效介电常数2.5e当 时，eecF,