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《电信传输原理及应用第三章微波传输线3微带线.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、3.6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。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,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。图3–3微带线的演化过程及结构微带线与金属波导相比，它的优点是体积小、重量轻、使用频带宽、可靠性高和制造成本低等缺点是损耗稍大，功率容量小。微带的特点是非机械加工，它
2、采用金属薄膜工艺，而不是象带线要做机加工。基片打孔蒸发光刻腐蚀电镀图23-2微带工艺一般地说，微带均有介质填充，因此电磁波在其中传播时产生波长缩短，微带的特点是微。常用的基片有两种：氧化铝Al2O3陶瓷r=90～99聚四氟乙烯或聚氯乙烯r=2.50左右。容易集成，和有源器件、半导体管构成放大、混频和振荡。微带线可由双导体系统演化而来,但由于在中心导带和接地板之间加入了介质,因此在介质基底存在的微带线所传输的波已非标准的TEM波,而是纵向分量Ez和Hz必然存在。下面我们首先从麦克斯韦尔方程出发加以证明纵向分量的存在。为微带线建立
3、如图3-5所示的坐标。介质边界两边电磁场均满足无源麦克斯韦方程组:由于理想介质表面既无传导电流,又无自由电荷,故由连续性原理,在介质和空气的交界面上,电场和磁场的切向分量均连续,即有Ex1=Ex2,Ez1=Ez2Hx1=Hx2,Hz1=Hz2图3–5微带线及其坐标yxh式中,下标“1、2”分别代表介质基片区域和空气区域。在y=h处，电磁场的法向分量应满足:Dy2=Dy1Hy2=Hy1(3-1-14b)先考虑磁场,由式（3-1-13）中的第1式得由边界条件可得设微带线中波的传播方向为+z方向,故电磁场的相位
4、因子为ej(ωt-βz),而β1=β2=β,故有代入上式得同理可得可见，当εr≠1时,必然存在纵向分量Ez和Hz,亦即不存在纯TEM模。但是当频率不很高时,由于微带线基片厚度h远小于微带波长,此时纵向分量很小,其场结构与TEM模相似,因此一般称之为准TEM模。下面我们来分析微带传输线的主要传输特性。1)特性阻抗Z0与相速微带传输线同其他传输线一样,满足传输线方程。因此对准TEM模而言,如忽略损耗，则有式中,L和C分别为微带线上的单位长分布电感和单位长分布电容。然而,由于微带线周围不是填充一种介质,其中一部分为基片介质,另一部分
5、为空气,这两部分对相速均产生影响,其影响程度由介电常数ε和边界条件共同决定。当不存在介质基片即空气填充时,这时传输的是纯TEM波,此时的相速与真空中光速几乎相等,即vp≈c=3×108m/s;而当微带线周围全部用介质填充,此时也是纯TEM波,其相速vp=c/由此可见,实际介质部分填充的微带线（简称介质微带）的相速vp必然介于c和c/之间。为此我们引入有效介电常数εe,令则介质微带线的相速为这样,有效介电常数εe的取值就在1与εr之间,具体数值由相对介电常数εr和边界条件决定。现设空气微带线的分布电容为C0,介质微带线的分布电容为
6、C1,于是有由式（3-1-22）及（3-1-23）得C1=εeC0或可见,有效介电常数εe就是介质微带线的分布电容C1和空气微带线的分布电容C0之比。于是，介质微带线的特性阻抗Z0与空气微带线的特性阻抗Zα0有如下关系:由此可见,只要求得空气微带线的特性阻抗Zα0及有效介电常数εe,则介质微带线的特性阻抗就可由式（3-1-25）求得。可以通过保角变换及复变函数求得Zα0及εe的严格解,但结果仍为较复杂的超越函数,工程上一般采用近似公式。下面给出一组实用的计算公式。(1)导带厚度为零时的空气微带的特性阻抗Zα0及有效介电常数εe
7、式中,w/h是微带的形状比;w是微带的导带宽度;h为介质基片厚度。工程上,有时用填充因子q来定义有效介电常数εe,即q值的大小反映了介质填充的程度。当q=0时,εe=1,对应于全空气填充;当q=1时,εe=εr,对应于全介质填充。由式（3-1-27）得q与w/h的关系为εe=1+q(εr-1)(2)导带厚度不为零时空气微带的特性阻抗Z0当导带厚度不为零时,介质微带线的有效介电常数仍可按式（3-1-27）计算,但空气微带的特性阻抗Zα0必须修正。此时，导体厚度t≠0,可等效为导体宽度加宽为we。这是因为当t≠0时,导带的边
8、缘电容增大,相当于导带的等效宽度增加。当t＜h,t＜w/2时，相应的修正公式为在前述零厚度特性阻抗计算公式中用代替,即可得非零厚度时的特性阻抗。对上述公式用MATLAB编制计算微带线特性阻抗的计算程序,并计算εr=3.78和εr=9.
