第3章微波集成传输线 3.1微带传输线 3.,2介质波导 33光纤 返回主目录
第3章 微波集成传输线 3.1 微带传输线 3.2 介质波导 3.3 光纤 第3章 返回主目录
第3章微波集成传输线 上一章介绍了规则金属波导传输系统的传输原理及特性 这类传输系统具有损耗小、结构牢固、功率容量高及电磁波限 定在导管内等优点,其缺点是比较笨重、高频下批量成本高、 频带较窄等。随着航空、航天事业发展的需要,对微波设备提 出了体积要小、重量要轻、可靠性要高、性能要优越、一致 性要好、成本要低等要求,这就促成了微波技术与半导体器件 及集成电路的结合,产生了微波集成电路 对微波集成传输元件的基本要求之一就是它必须具有平面 型结构,这样可以通过调整单一平面尺寸来控制其传输特性,从 而实现微波电路的集成化。图3-1给出了各种集成微波传输系
第3章 微波集成传输线 第 3章 微波集成传输线 上一章介绍了规则金属波导传输系统的传输原理及特性, 这类传输系统具有损耗小、结构牢固、功率容量高及电磁波限 定在导管内等优点, 其缺点是比较笨重、高频下批量成本高、 频带较窄等。随着航空、航天事业发展的需要, 对微波设备提 出了体积要小、重量要轻、 可靠性要高、性能要优越、一致 性要好、 成本要低等要求, 这就促成了微波技术与半导体器件 及集成电路的结合, 产生了微波集成电路。 对微波集成传输元件的基本要求之一就是它必须具有平面 型结构, 这样可以通过调整单一平面尺寸来控制其传输特性, 从 而实现微波电路的集成化。图 3 - 1给出了各种集成微波传输系
ca (a) (e) (h) (c) (f) 图3-1各种微波集成传输线
第3章 微波集成传输线 图 3 – 1 各种微波集成传输线
统,归纳起来可以分为四大类: ①准TM波传输线,主要包括微带传输线和共面波导等; ②非TM波传输线,主要包括槽线、鳍线等 ③开放式介质波导传输线,主要包括介质波导、镜像波导 ④半开放式介质波导,主要包括H形波导、G形波导等 本章首先讨论带状线、微带线及耦合微带线的传输特性, 然后介绍介质波导的工作原理,并对几种常用介质波导传输线 进行介绍,最后对介质波导的特例一光纤波导进行分析
第3章 微波集成传输线 统, ① 准TEM波传输线, 主要包括微带传输线和共面波导等; ② 非TEM波传输线, 主要包括槽线、 鳍线等; ③开放式介质波导传输线, 主要包括介质波导、镜像波导 ④ 半开放式介质波导, 主要包括H形波导、G形波导等。 本章首先讨论带状线、微带线及耦合微带线的传输特性, 然后介绍介质波导的工作原理, 并对几种常用介质波导传输线 进行介绍, 最后对介质波导的特例——光纤波导进行分析
31微带传输线□ 微带传输线的基本结构有两种形式:带状线和微带线。带 状线是由同轴线演化而来的即将同轴线的外导体对半分开后, 再将两半外导体向左右展平,并将内导体制成扁平带线。图3 2给出了带状线的演化过程及结构,从其电场分布结构可见其 演化特性。显然,带状线仍可理解为与同轴线一样的对称双导 体传输线,主要传输的是TEM波。 微带线是由沉积在介质基片上的金属导体带和接地板构 成的一个特殊传输系统,它可以看成由双导体传输线演化而来 即将无限薄的导体板垂直插入双导体中间
第3章 微波集成传输线 3.1 微 带 传 输 微带传输线的基本结构有两种形式: 带状线和微带线。 带 状线是由同轴线演化而来的,即将同轴线的外导体对半分开后, 再将两半外导体向左右展平, 并将内导体制成扁平带线。图 3 - 2 给出了带状线的演化过程及结构, 从其电场分布结构可见其 演化特性。显然, 带状线仍可理解为与同轴线一样的对称双导 体传输线, 主要传输的是TEM波。 微带线是由沉积在介质基片上的金属导体带和接地板构 成的一个特殊传输系统, 它可以看成由双导体传输线演化而来, 即将无限薄的导体板垂直插入双导体中间
图3-2带状线的演化过程及结构
第3章 微波集成传输线 图 3 – 2 带状线的演化过程及结构
因为导体板和所有电力线垂直,所以不影响原来的场分布 再将导体圆柱变换成导体带,并在导体带之间加入介质材料,从 而构成了微带线。微带线的演化过程及结构如图3-3所示。 下面分别讨论带状线、微带线以及耦合微带线的传输特性 1.带状线 带状线又称三板线,它由两块相距为b的接地板与中间宽度 为w、厚度为t的矩形截面导体构成,接地板之间填充均匀介质 或空气,如图3-2(c)所示 由前面分析可知,由于带状线由同轴线演化而来,因此与同 轴线具有相似的特性,这主要体现在其传输主模也为TEM,也存 在高次T和TM模。带状线的传输特性参量主要有:
第3章 微波集成传输线 因为导体板和所有电力线垂直, 所以不影响原来的场分布, 再将导体圆柱变换成导体带, 并在导体带之间加入介质材料, 从 而构成了微带线。 微带线的演化过程及结构如图 3 - 3 所示。 下面分别讨论带状线、 微带线以及耦合微带线的传输特性。 1. 带状线 带状线又称三板线, 它由两块相距为b的接地板与中间宽度 为w、 厚度为t的矩形截面导体构成, 接地板之间填充均匀介质 或空气, 如图 3 - 2（c）所示。 由前面分析可知, 由于带状线由同轴线演化而来, 因此与同 轴线具有相似的特性, 这主要体现在其传输主模也为TEM, 也存 在高次TE和TM模。带状线的传输特性参量主要有:
∵er 图3-3微带线的演化过程及结构
第3章 微波集成传输线 图 3 – 3 微带线的演化过程及结构
特性阻抗Z、衰减常数α、相速v和波导波长入 1)特性阻抗Z由于带状线上的传输主模为TM模,因此可 以用准静态的分析方法求得单位长分布电容C和分布电感L,从 而有 L/C 式中相速v=1/LC=c/E(c为自由空间中的光速)。 由式(3-1-1)可知,只要求出带状线的单位长分布电容 则就可求得其特性阻抗
第3章 微波集成传输线 特性阻抗Z0、衰减常数α、相速vp和波导波长λg。 1) 特性阻抗Z0由于带状线上的传输主模为TEM模, 因此可 以用准静态的分析方法求得单位长分布电容C和分布电感L, 从 Z0 = 式中,相速vp = (c为自由空间中的光速)。 由式（3 - 1 - 1）可知, 只要求出带状线的单位长分布电容 C, 则就可求得其特性阻抗。 v c L C p 1 / = r 1/ LC = c /
求解分布电容的方法很多,但常用的是等效电容法和保 角变换法。由于计算结果中包含了椭圆函数而且对有厚度的 情形还需修正,故不便于工程应用。在这里给出了一组比较 实用的公式,这组公式分为导带厚度为零和导带厚度不为零 两种情况。 (1)导带厚度为零时的特性阻抗计算公式 30 b E we+0.44 1b 式中,w是中心导带的有效宽度,由下式给出 0 w/b>0.35 b b (0.35W/b)2wb<0.35
第3章 微波集成传输线 求解分布电容的方法很多, 但常用的是等效电容法和保 角变换法。由于计算结果中包含了椭圆函数而且对有厚度的 情形还需修正, 故不便于工程应用。 在这里给出了一组比较 实用的公式, 这组公式分为导带厚度为零和导带厚度不为零 两种情况。 (1) 导带厚度为零时的特性阻抗计算公式 ( ) 0.441 30 0 + = w b b z e r 式中, we是中心导带的有效宽度, 由下式给出: = − b w b we 0 w/b>0.35 （0.35-W/b)2 w/b<0.35