微带线理论.ppt

3.7 微 带 线 3.3.3 耦合微带线 第3章 微波集成传输线 3.1 带状线 3.2 微带线 3.3 耦合带状线与耦合微带线 3.4 其他形式的平面传输线 习题 第3章 微波集成传输线 图3.27微带线结构(a) 微带线结构; (b) 微带线的场结构 微带线是一种重要的微波传输线，其结构如下图所示。它是由介质基片 　　微带线的结构如图3.27所示。它由一个宽度为w、厚度为t的中心导带和下金属接地板组成，导带和接地板之间填充εr的均匀介质。微带线的结构有两种形式，如图所示，图中a为标准开放式微带线，c为屏蔽微带线。 上的导带和基片下面的接地板构成。微带线容易实现微带电路的小型化和集成化，所以微带线在微波集成电路中获得了广泛的应用。 微带线是在介质基片的一面制作导体带，另一面制作接地金属平板而构成。微带线是半开放系统，虽然接地金属板可以帮助阻挡场的泄露。但导体带会带来辐射。所以微带线的缺点之一是它有较高损耗并与邻近的导体带之间容易形成干扰。 微带线的损耗和相互干扰的程度与介质基片的相对介电常数εr有关，如果εr增大，可以减小损耗和相互干扰的程度，所以常用的介质基片是介电常数高、高频损耗小的材料，例如氧化铝陶瓷（εr=9.5~10，tanδ=0.0002）。 微带线板的种类： 常用的有99%的氧化铝陶瓷、石英、蓝宝石、聚四氟乙烯玻璃纤维等。 微带板的制作工艺过程： 传统的微带线制作工艺过程是首先要用真空蒸发的方法在抛光了的介质基片正面蒸发上一层厚度为20~40mm的铬，再在铬层上蒸发厚度约为1μm的金、铜或银等，然后在表面涂 感光胶并贴上所需电路图形照片的底片，置于紫外光下进行光刻（曝光），经腐蚀后，只留下感光部分的电路图形。表面金属层要有一定的厚度，也就是微带导体带的厚度t ，导体带的宽度和长度视电路的需要而定。 微带线也是一种双导体系统。对于空气微带线，由于导带周围的介质是连续的，其上传输的是TEM波。 传输模: 传输模: 　　对于实际填充εr介质的标准微带线，导带周围一般有两种介质，即导带上方为空气，下方为εr的介质，其场大部分集中在导带与接地板之间，其余的场分布在空气介质中。实际上，微带线中真正传输的是一种叫作TE-TM 的混合波，即纵向场分量Ez、Hz不为零，主要是由介质、空气分界面处的边界条件引起的。但由于纵向场与导带和接地板之间的横向场分量相比要小得多，当工作频率不是很高时，适当选择微带线尺寸，便可忽略纵向场分量的影响，因此微带线中传输模的特性与TEM 波相差很小，故称其为准TEM 波。 实验表明，此时微带中纵向场分量比较弱，其场分布与纯 TEM模很相似，微带线实际的相速、特性阻抗等基本参量和按纯TEM模计算的结果也十分接近。 3.7.2 微带线 许多微波系统对微波电路的体积和重量提出了苛刻的要求，希望用体积小、重量轻的微带线就是一种理想的传输线。微带线的几何结构和电场力线图如图 3.27 所示，它包括导体板、介质基片和导体带三部分。介质基片必须损耗小、光洁度高，以降低衰减。微带线的几何结构并不复杂，但是它的电场磁场却相当复杂，在微带线上传输的并不是严格的 TEM 波，而是准 TEM 波。由于介质基片的存在，场的能量主要集中在基片区域，其场分布与 TEM 波非常接近，故称为准 TEM 波。可以利用色散方程证明微带线中的场的确不是 TEM 波。 图 3.27 微带线的几何结构和电场力线图 设媒质 1（介质基片）和媒质 0（空气）中的色散方程分别为 因为在介质与空气的分界面上场的切向分量必须连续，当波沿 + z方向传播时，其相位因子（－kzz）理应相等，就是说介质中的 z方向的传播常数 kz1应等于空气中的传播常数 kz0。用反证法，设微带线中传播的是 TEM 波，那么 kc1=kc0=0，由此得出 k1=kz1，k0=kz0，因 kz1=kz0，故 k1=k0，这与假设矛盾。这就证明了微带线中传输的不是 TEM 波。 　　由于微带线的传输模式不是纯TEM 波，因此对它的分析比较困难和复杂，分析方法也较多，大致可归为如下三类：准静态法、色散模型法和全波分析法。本节主要介绍用准静态法分析微带线的准TEM 特性及一些实用简化结果。 　　与同轴线特性一样，微带线的传输特性参数主要是特性阻抗Z0、衰减常数α、相速vp和波导波长λg。 分析法: 为了计算微带线中的特性阻抗 ZC、相速 vp、线上波长 λg等参数，我们引入有效介电常数 εe，这可用图 3.28 予以说明。当传输系统不存在介质基片时，相当于 εr=1，如图3.28（a）所示，显然这时系统可以传输 TEM 波，其相速等于真空中的光速 c；当传输系统