中国科学技术大学：《微波技术基础》课程教学课件（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

本章内容S4.I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

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、以便于轻重量和性能可靠，因此必须设计新的导行系统，且应为平面型结构，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：一一它可以看成是由同轴线演变而来的。&b4W

概述 3

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。A微带线电路具有体积小、重量轻、成本低、频带宽、可靠性高、稳定性好概述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。约10um金寻体带500A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（AlQ2、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

概述 4

S4.1带状线如图所示，带状线具有两个导体，内部均匀介质填充，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。X接地板W,+0.441b-带状线具有宽频带、高Q值直（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

§4.1 带状线 5

一、带状线的特性阻抗对于空气填充有。=2，而对于某介质填充有元。=//c，严格来说应是2。=%/V8。，8.为带状线的有效介电常数相速度,==1/8,=c/,，又,=1/特性阻抗Z。=JL/C=V,L=1/v,C，因此特性阻抗的计算可归结为单位长$ 4.1分布参数电容C的求解。带状线1、带状线特性阻抗的分析：零厚度（=0）导体带带状线Z.的精确解：由保角变换法求得：1+VKI0≤k≤0.71-VK元K(k)K(k)Z.e,=30元K(k)K(k)1+Vk0.7≤k≤11-Vk元式中，k=th(πW/2b)，k'=/1-k2，K(k)为第一类全椭圆积分，K(k)为第一类余椭圆积分。应用上式求解要计算椭圆函数，比较复杂，因而很少采用

§4.1 带状线 6 b W t r a

S4.1带状线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-8 b-t8 b-t+ 6.27Zo/s,=30ln>1+WWW元元TW'WAW其中b-tb-tb-tAW0.0796xxW/b +1.1xb-t元(1一2xm=21+131-b上述公式在W/(b-t)<10范围，精度可达0.5%

7 §4.1 带状线

2、带状线特性阻抗的综合：零厚度带状线Z.的综合闭式为W2-arth(s)==)17b元元S$ 4.1A≥元带状线ZoVe,其中AS=300≤A≤元.A12有限厚度带状线Z.的综合闭式为WWoAWbbbW.+0.5688(1- x)其中,其它参数定义同前。beA-18元

8 §4.1 带状线

S4.1带状线二、带状线的损耗RGZ.对于TEM波，带状线损耗为α=α。+αa2Z。21、介质损耗GZ.Zo元VG其中Z =由于tg?=一有αaoCtgotgo三2cC2oC22、导体损耗由α.=R/2Z.可知，求解导体损耗的关键是如何确定R1。由于带若类似同轴线那样状线的电流沿导体横截面周界并非是均匀分布的，先求电流分布函数J，再求分布电阻R是非常复杂的，这里应用增量电感法进行求解。S

9 §4.1 带状线

惠勒的增量电感法则(Incremental-inductanceRule)参考文献：H.A.Wheeler,FormulasfortheSkinEffect,Proceedings oftheI.R.E., Sept.1942,pp.412-424.文献对增量电感法则的一般描述：The "incremental-inductance rule" is a formula which gives the$4.1effective resistance caused by the skin effect,but is based entirely on带状线inductance computations.Its great value lies in its general validity forall metal objects in which the current and magnetic intensity aregoverned by the skin effect. In other words, the thickness and theradius of curvature of exposed metal surfaces must be much greaterthan the depth of penetration, say at least twice as great.本课程使用增量电感法则来求解TEM或准TEM传输线的导体衰减常数αc，这些传输线存在比较复杂的横截面结构，难以积分求解R1。10

§4.1 带状线 10