第4章 微波集成传输线.ppt

1、第四章微波集成传输线、微波集成传输线是通过将金属导体带和底面附着在低消耗介质基板上而构成的传输线，基本结构有带状线和微带状线两种。初始平行传输线随着频率的增加可能会产生相当大的辐射损失，不适合作为极高波段(如分米、厘米波段)电磁波的传输线和电路元件，因此发展成能防止辐射损失并大大提高性能的封闭结构的同轴和波导，将微波技术提升到新的水平。但是同轴和波导的最大缺点是体积和重量大。此外，同轴和波导作为传输线和电路元素，其缺点是加工复杂，成本高，不易调整。4.0概述，概念提案：40年代末，50年代初。20世纪60年代以来，无线技术对小型化的要求越来越迫切，以波导、同轴为中心的微波系统的变更成为首要课题

2、。与此同时，微波传输线在微波炉固体装置中必须协同工作，取得了重大突破。这时，微波传输线占据了重要的应用领域，因为它包含以下三个主要特征，以解决微波电路小型化和集成中的主要矛盾。可以用印刷电路的方式制作平面电路，电路结构非常紧凑。高介电常数的介质基板降低了导波波长，大大减小了传输线的纵向和横向大小。微带线导体带的一半是自由空间，便于连接固体装置。三大特性：-平面结构导向系统，微带线：针，槽线，共面波导，共面带线(微波综合传输线)，航空，航天技术发展要求微波电路和系统，小型，轻型，可靠性能，微波综合传输线其特点是体积小、功能多、频率带宽大，但功率小。因此，它广泛用于接收器和低功耗元素中的TEM波传

3、输。这场革命的“过渡人物”，4.1条线。可以看作是同一轴的变形。等轴-内部和外部导线变为矩形，外部窄边无限延伸。-条带线。第一，带状线的基本概念，构造：两个连接地板(远离b)，中间填充矩形截面导体带(宽度w，厚度t)，平板之间填充空气或介质。带状线结构图，尺寸选择：下一层宽度：避免出现高TE模式和TM模式。工作频率及时满足时，存在以下关系：衰减常数、相移常数、特性阻抗、传播常数、第二，带状线的TEM特性、TEM模式、相位速度与频率无关、相位速度、1。带状线的特性参数，1，2。带状线的特性阻抗，带状线的传输TEM波，研究的主要问题是特性阻抗，其解释为：其中，c是传输线的光速，通常是填充介质，因此

4、一般特性阻抗问题可以转换为电容c的问题。可以使用等轴测转换(复合)或数值分析(网络)精确定位：图4.1-2带状线的电容，带状线电容分为板之间的电容Cp和边缘电容Cf 。W/b越大，c越大，特性阻抗Z0越小。W/b越大，Cf 的影响越小。cf 、cf 、cf 、CP、CP、特性阻抗使用等轴测转换方法查找以下内容：可以准确计算单位长度电容cl，-过程复杂，不易使用，通常使用相对简单的方法。导带的宽度是近似方法：1)当中心导带厚度为零时，特性阻抗，TEM波传输线的特性阻抗，平板电容器公式为：因此带线单位长度电容(两个电容平行添加):导体带和侧板之间单位长度电容必须为3360，b，因此特性阻抗，此公式

5、假定厚度为零，精度约为1%。，使用4.1-5a (4.1-5a)获得以下合并公式：We=W=W，是，在此情况下，综合此结果为Coen (Cohns .B1955)首先通过等角变换求出零厚度导体的特性阻抗。对于非零导体带，计算厚度影响(W/b)以获得图4.1-2(a)中的实际特性阻抗曲线。准确度约为1.5%(书p108)，曲线应用程序：如果指定了r、w、b，则可以检查特性阻抗Z0值。如果指定Z0、r、b，则可以获得导体宽度w。2)中心导带厚度非零时，特性阻抗，偏转(wheeler，H.A.)，导体为有限厚度时，带线的特性阻抗(其中W/(b-t)b，场解决方案基本上是恒定的(中心均匀，泄漏能量有限

6、)，第三，边界区域，边界条件，(4.1-14a)，(4.1-14b)，电磁场理论(正交坐标系分离变量法)对静态近似数值解决方案3354现代微波工程的一般方法：sh (0)=0均匀常数An是从中心导体获得的电荷密度，为：(4.1-16)，(4.1-15)，导体带电荷密度为(上下板电通量D=E的差值)。从另一方面来看，在导体尺寸较小的情况下，上述电荷可以视为均匀分布，并且可以设置为规格化常数1。(4.1-17)，没有导体，没有电荷，必须相等。因此(m=n仅有值，左侧积分有效区域必须为-W/2，W/2)，如果中心导体带的相对底部接地电压：导体单位长度总电荷：(fc为GHz，b为cm) b变大，则f、

7、四、带线尺寸确定、带线传输主模式TEM模式。但是，如果尺寸选择不正确，可能会出现父模具。为了抑制高阶模式的传输，在确定带状线的尺寸时，必须考虑以下因素：为了抑制TE10模式，最短操作波长为1 .中心导带宽度w，TE模块中最低二次模式为TE10，沿中心导带宽度分布半驻波，截止波长为：增加连接地板间距b有助于减少导体损失和增加功率容量，但是增加b后，除增加横向辐射损失外，还可能发生径向TM高模。其中，TM01是最低的模，其截止波长为，抑制TM01模型的最短操作波长为根据上述要求的带状线的大小w和b:2。楼板间距b:2微带线：扁平线。4.2微带线，介质，单芯片微集成电路(MMIC)单芯片微波集成电路

8、分布式集成电路(hmic)，形状：特性：平面传输线，微带线的第一个特征不加工，使用金属薄膜工艺代替带线。很容易制作(可以用光刻程序制作)。可以轻松集成微波组件和系统的其他无源微波电路和有源微波电路设备。通常微带具有介质填料，因此电磁波传播时波长缩短，微带以微为特征。结构上微带属于不均匀结构，为了便于处理，经常提出有效介电常数(填满整个空间)，注意事项是相对的(ii)。图4.2-3微带的有效遗传常数定义，(1)、(2)、(1)和(2)分别为、(1)和(2)Z0:其中Z01，Z02是介质微带线的特性阻抗。空气微带线的特性阻抗，是不变的概念，不会随着介电常数r而变化，从概念上考虑局部充电时，显然，介

9、电基板材料：场大部分在介质片内，部分在空气中非纯TEM内。空气速度c与介质的速度不匹配。因此，场的大部分集中在导体带和连接底部之间的介质基板上；但是有些在空气中。由于空气和介质中TEM模块的匹配速度不同(c和)，因此匹配速度在两点界面上与TEM模式不匹配。、导体带上方的yh是空气，导体带下方的yh(此墙不干扰导体带周围的栏位结构)。)。问题可以转换为求解拉普拉斯方程。第二，微带线的近似静态解，TEM模式，边界条件：分离变量法可以解决。显然，一般解决方案包括：边界负数，对称奇数，(4.2-15)，这两个分段函数必须在子接口y=h中连续，因此常数An由导体带的表面电荷密度确定，因此根据此要求，可以

10、用(4.2-16)，4.2-15替换。2-16。特定常数An可以根据边界(导体带的表面电荷密度)确定，在书中设置电荷密度的方法与给定电压的情况相同。根据推导、乘法和cos(nx/a)，使用三角函数的正交性解释An(4.2-20)。这是总电荷：接地电压：解决方案电容：特性电阻：类型c是光速，其中：C1，可生成(4.2-23) r=基板 r=， r=1可以分别得到。第三，微带线分布特性和大小限制，与上述频率无关的准TEM模式Z0和e仅适用于低频率，实际上存在微带线传输混合模式、分布现象。1 .微带线的色散特性微带线的电磁波传播速度是微带线的特性阻抗Z0和re随频率变化的频率(色散)的函数，频率越高

11、，相位速度越小，等效介电常数越大，特性阻抗越低。微带线：Z0和e，根据频率；f升高时，相位速度VP减少，e增加，Z0减少。2 .高、微带线尺寸设计注意事项，微带线高模有两种模式：波导模式和面波模式。波导模式存在于导带和搓纸地板之间，表面波模式可以存在于接地板上，只要介质基板存在。对于波导模式，可以分为TE模式和TM模式。其中，TE模式的最小模式为TE10模式，截止波长为：当工作频率提高时，除了微带线的传输TEM模式外，还会出现高模。TM模式最小模式是TM01模式，截止波长是：在表面波模式下，导体表面的介质基板将电磁波约束在导体表面附近而不扩散，并使电磁波沿导体表面传输，因此称为表面波，其中最小二次模式是TM01模式，其次是TE10模式。TM01模块的截止波长为。也就是说，所有频率都有TM01模式。TE10模式的截止波长为：上述分析表明，为了抑制高模，微带的大小必须满足以下条件：实际上，常用的微带包括99.5%纯度的氧化铝陶瓷(r=9.5 10，tan=0.0003)、聚四氯乙烯(r=2.1，tan=0.0004)和聚氯乙烯玻璃纤维板(r=)基板厚度通常在0.0080.08mm之间，通常带有金属屏蔽盒，以防止外部干涉。屏蔽的高度为h h (5-6)，楼板宽度为a w (5-6) w。e在f10GHz时可以忽略方差对Z0的影响，但在对e的影响较大的情况下，h h在金属屏蔽盒中计算