中国科学技术大学：《微波技术基础》课程教学资源（课件讲稿）第四章 微波集成传输线 Microwave Integrated Transmission Lines

第四章微波集成传输线Microwave Integrated Transmission Lines

第四章 微波集成传输线 Microwave Integrated Transmission Lines

1958本章内容S4.1带状线S4.2微带线S4.3耦合传输线S4.4*其它平面传输线

本章内容 §4.1 带状线 §4.2 微带线 §4.3 耦合传输线 §4.4* 其它平面传输线 2

19概述上世纪50年代以前，几乎所有的微波设备都采用金属波导或同轴线（立体型结构）来构建。随着航空航天技术的发展，要求微波电路与系统做到小型化、轻重量和性能可靠，因此必须设计新的导行系统，且应以便于集成和规模生产。为平面型结构，！50年代初出现第一代微波印制传输线带状线(Stripline），又称P三板线，它可以看成是由同轴线演变而来的。E公3

概 述 3 上世纪50年代以前，几乎所有的微波设备都采用金属波导或同轴线 （立体型结构）来构建。随着航空航天技术的发展，要求微波电路与系 统做到小型化、轻重量和性能可靠，因此必须设计新的导行系统，且应 为平面型结构，以便于集成和规模生产。 50年代初出现第一代微波印制传输线——带状线（Stripline），又称 三板线，它可以看成是由同轴线演变而来的

概述（续）60年代初出现第二代微波印制传输线微带线(MicrostripLine)它可以看成是由平行双导线演变而来的。微带线电路具有体积小、重量轻、成本低、频带宽、可靠性高、稳定性好和易于重复制作等优点，缺点是损耗较大、Q值低、功率容量小等。910m金尊体带500入以下始介质基片接地板中心导体材料：银、铜、金、铝（粘附性差）；钨、钼、铬、钼（粘附性好）介质基片材料：使用最多的是氧化铝陶瓷（AIQ）、聚四氟乙烯玻璃纤维板。频率高于12GHz时采用石英，要求散热性好的较大功率电路可采用氧化铍、蓝宝石、砷化镓等

4 概 述（续） h W t r 60年代初出现第二代微波印制传输线——微带线（Microstrip Line）， 它可以看成是由平行双导线演变而来的。 微带线电路具有体积小、重量轻、成本低、频带宽、可靠性高、稳定 性好和易于重复制作等优点，缺点是损耗较大、Q值低、功率容量小等。 中心导体材料：银、铜、金、铝（粘附性差）；钨、钼、铬、钽（粘附性好）。 介质基片材料：使用最多的是氧化铝陶瓷（Al2Q3）、聚四氟乙烯玻璃纤维板。 频率高于12GHz时采用石英，要求散热性好的较大功率电路可采用氧化铍、蓝宝石、 砷化镓等

1958$4.1带状线$ 4.1.1带状线的特性阻抗$ 4.1.2带状线的损耗增量电感法则$ 4.1.3带状线的损耗5

§4.1 带状线 5 §4.1.1 带状线的特性阻抗 §4.1.2 带状线的损耗_增量电感法则 §4.1.3 带状线的损耗

195S4.1带状线结构：双接地板，中间层导体，内部均匀介质填充。工作模式：可传输TEM波（工作模式，即主模），也可存在高次型TE或TM模。对其TEM波特性，通过静态分析方法，例如保角变换等就可以获得带状线电路设计的全部数据。（无辐射）等优点，特点：具有宽频带、高Q值（损耗较小）、高隔离但不便外接固态微波器件，因而不宜制作有源微波电路4接地板-W.+0.441b-6

6 §4.1 带状线 结构：双接地板，中间层导体，内部均匀介质填充。 工作模式：可传输TEM波（工作模式，即主模），也可存在高次型TE 或TM模。对其TEM波特性，通过静态分析方法，例如保角 变换等就可以获得带状线电路设计的全部数据。 特点：具有宽频带、高Q值（损耗较小）、高隔离（无辐射）等优点， 但不便外接固态微波器件，因而不宜制作有源微波电路

1958$4.1.1带状线的特性阻抗（续1）相位波长/导波长：空气填充：1g=20元=/8，8。为带状线的有效介电常数介质填充：1g=0/ Je近似：V, = U= 1/ /088, = c/ JE, ,相速度：又: vp=1/ JLC特性阻抗：Z。= /L. /C/ =V,L =1/v,C特性阻抗的计算可归结为单位长分布参数电容C的求解

7 §4.1.1 带状线的特性阻抗（续1） 相位波长/导波长： 空气填充： 介质填充： ， 为带状线的有效介电常数 近似：   g  0    g  0 r    g  0 e e  相速度： 0 0 1 1 1 1 p r r p c L C            ， 又： 特性阻抗： 特性阻抗的计算可归结为单位长分布参数电容C1的求解。 0 1 1 1 1 1 Z L C L C      p p

Pas$4.1.1带状线的特性阻抗（续2）1、带状线特性阻抗的分析由结构参数求特性阻抗零厚度（(t-0)导体带带状线Z.的精确解由保角变换法求得：K(k')Zo e,=30元K(k)ak0≤k≤0.7元K(k)应用左式求解要计算椭圆函数K(k)+k比较复杂，因而很少采用0.7≤k≤1VkK(k)为第一类全椭圆积分函数，K(k）为第一类余椭圆积分函数k = th(πW/2b), k'= /1- k2LO

8 b W t r a 1、带状线特性阻抗的分析 零厚度（t=0）导体带带状线Z0的精确解， 由保角变换法求得： 0 ( ) 30 ( ) r K k Z K k       2 k th k k    W b2 1 ，  K(k)为第一类全椭圆积分函数，K(k' )为第一类余椭圆积分函数 应用左式求解要计算椭圆函数， 比较复杂，因而很少采用。 1 1 1 1 ln 2 0 0.7 1 ( ) ( ) 1 1 ln 2 0.7 1 1 k k K k k K k k k k                                                   ——由结构参数求特性阻抗 §4.1.1 带状线的特性阻抗（续2）

1958$4.1.1带状线的特性阻抗（续3）有限厚度导体带带状线Z.的近似解，由保角变换法求得4 b-t8 b-t8 b-t+6.27ZoVs, =30ln/1 +WWW元元1W'WAW其中b-tb-tb-tAW0.0796xxb-tW /b+1.1x元(1-x)m=2b31-x上述公式在W/b-t)<10范围，精度可达0.5%。03

9 有限厚度导体带带状线Z0的近似解，由保角变换法求得： 2 0 4 8 8 30ln 1 6.27 r b t b t b t Z W W W                                       W W W b t b t b t        2 1 0.0796 1 ln (1 ) 2 2 1.1 m W x x x b t x x W b x                                        2 2 1 3 1 x m x           t x b  上述公式在 W b t  ( ) 10   范围，精度可达0.5%。 其中 §4.1.1 带状线的特性阻抗（续3）

1958$4.1.1带状线的特性阻抗（续4）2、带状线特性阻抗的综合由特性阻抗求结构参数2W11+ s零厚度带状线乙.的综合闭式为：-arth(s) =ln-b元1-s元A≥元ZoJe,其中A=S=300≤A≤元1+2WWoAW有限厚度带状线乙.的综合闭式为bbbleA+0.5688(1- x)W。其中be4-1元10

10 零厚度带状线Z0的综合闭式为： 有限厚度带状线Z0的综合闭式为： 2 1 1 ( ) ln 1 W s arth s b s             2 2 4 2 0 2 1 2 30 2 0 2 A A r A A e A e Z s A e A e                                       W W W 0 b b b    0 8(1 ) 0.568 1 A A W x e b e      其中 其中 2、带状线特性阻抗的综合——由特性阻抗求结构参数 §4.1.1 带状线的特性阻抗（续4）