[信息与通信]微带线讲稿

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1、射频/微波传输线微波传输线是用来传输微波信号和微波能量的传输线。微波传输线种类很多,按其传输电磁波的性质可分为三类:TEM模传输线(包括准TEM模传输线),如图3―1―1(1)所示的平行双线、同轴线、带状线及微带线等双导线传输线;TE模和TM模传输线,如图3―1―1(2)所示的矩形波导,圆波导、椭圆波导、脊波导等金属波导传输线;表面波传输线,其传输模式一般为混合模,如图3―1―1(3)所示的介质波导,介质镜像线等。在射频/微波的低频段,可以用平行双线来传输微波能量和信号;而当频率提高到其波长和两

2、根导线间的距离可以相比时,电磁能量会通过导线向空间辐射出去,损耗随之增加,频率愈高,损耗愈大,因此在微波的高频段,平行双线不能用来作为传输线。为了避免辐射损耗,可以将传输线做成封闭形式,像同轴线那样电磁能量被限制在内外导体之间,从而消除了辐射损耗。因此,同轴线传输线所传输的电磁波频率范围可以提高,是目前常用的微波传输线。但随频率的继续提高,同轴线的横截面尺寸必须相应减小,才能保证它只传输TEM模,这样会导致同轴线的导体损耗增加,尤其内导体引起损耗更大,传输功率容量降低。因此同轴线又不能传输更高频

3、率的电磁波,一般只适用于厘米波段。一微带传输线结构微带传输线应用于低电平射频微波技术中。它的优点是制造费用省，尺寸特别小，重量特别轻，工作频带宽，以及具有与固体器件的良好配合性；其主要缺点是损耗较大，不能在高电平的情况下使用。由于微带线结构简单,便于器件的安装和电路调试,产品化程度高,使得微带线已成为射频/微波电路中首选的电路结构。微带线的结构如图3―3―1所示。它是由介质基片的一边为中心导带,另一边为接地板所构成,其基片厚度为h,中心导带的宽度为w。其制作工艺是先将基片(最常用的是氧化铝)研磨

4、、抛光和清洗,然后放在真空镀膜机中形成一层铬-金层,再利用光刻技术制成所需要的电路,最后采用电镀的办法加厚金属层的厚度,并装接上所需要的有源器件和其它元件,形成微带电路。图3-3-1微带线的横截面结构示意图二微带线中的主模严格地讲，微带线属于非均匀介质系统，在非均匀介质的结构中不存在TEM模，也不存在纯TE模或纯TM模，而是TE模和TM模的混合模。微带线可以看成是由平行双导线演变来的，假设在无限均匀介质中有一平行双导线线上传输的主模是纯TEM模，如果在两导线间的中心对称面上放置一个极薄的理想的导

5、体板，将双导线从中心对称面分为上下两部分，如果在任一单根导线和理想导体平板之间馈电，其间仍可传输纯TEM模，因而将未馈电的那一根导线移去，也不会改变馈电的导线与理想导体平板场分布。把此馈电的导线变成扁平导体带，就形成了上半空间为同一种介质的微带线，若该介质是空气则称为空气微带线。对于空气介质的微带线,它是双导线系统,且周围是均匀的空气,因此它可以存在无色散的TEM模。图3-3-2由普通传输线至带形传输线的演变由于空气微带线的辐射损耗大，没有实际的使用价值，通常微带线是制作在介质基片上的,虽然它仍

6、然是双导线系统,在导体和接地板之间填充有介质而上方是空气，因此，这个系统不仅存在介质与导体的分界面，而且存在空气与导体、空气与介质的分界面。在这种混合介质系统中，是不存在纯TEM模。可以证明,在两种不同介质的传输系统中,不可能存在单纯的TEM模,而只能存在TE模和TM模的混合模。但在微波波段的低频端由于场的色散现象很弱,传输模式类似于TEM模,故称为准TEM模。 三微带线的基本参数1基本参数微带线横截面的结构如图3-3-1所示。相关设计参数如下:(1)基板参数:基板介电常数εr、基板介质损耗角

7、正切tanδ、基板高度h和导线厚度t。导带和底板（接地板）金属通常为铜、金、银、锡或铝；高速传送信号的基板材料一般有陶瓷材料、玻纤布、聚四氟乙烯、其他热固性树脂等。表3-1给出了微波集成电路中常用介质材料的特性。表3-1微波集成电路中常用介质材料的特性表3-2覆铜板基材的国内外主要生产厂家（2）电特性参数:特性阻抗Z0、工作频率f0、工作波长λ0、波导波长λg和电长度（角度）θ。（3）微带线参数：宽度W、长度L和单位长度衰减量AdB。2微带电路实现有两种实现方式：(1)在基片上沉淀金属

8、导带,这类材料主要是陶瓷类刚性材料。这种方法工艺复杂,加工周期长,性能指标好,在毫米波或要求高的场合使用。(2)在现成介质覆铜板上光刻腐蚀成印制板电路,这类材料主要是复合介质类材料。这种方法加工方便,成本低,是目前使用最广泛的方法,又称微波印制板电路。铜箔种类及厚度选择由于微带传输线的衰减值与导体材料的电导率有关，因此，应选用导电率大的金属，如金、银、铜等。从导电性能来说，铜比金好，但金具有性能稳定，表面不易氧化，抗腐蚀等优点，故一般用金作导体材料。目前最常用的铜箔厚度有35μm和18μm两种。