微波课件第3.1节.ppt

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1、3.1微带传输线微带传输线的基本结构有二种形式：带状线和微带线，它们都属于双导体传输系统。本节要点带状线(stripline)微带线(microstripline)耦合微带线(couplingmicrostripline)1.带状线(stripline)带状线是由同轴线演化而来的，即将同轴线的外导体对半分开后，再将两半外导体向左右展平，并将内导体制成扁平带线，从其电场分布结构可见其演化特性。显然带状线仍可理解为与同轴线一样的对称双导体传输线，传输的主模是TEM模。也存在高次TE和TM模。传输特性参量主要有：特性阻抗、衰减常数、相速和波导波长。带状线的演化过程及结构带

2、状线又称三板线，它由两块相距为b的接地板与中间的宽度为W、厚度为t的矩形截面导体构成，接地板之间填充均匀介质或空气(1)特性阻抗(characteristicimpedance)由于带状线上传输主模为TEM模，因此可以用准静态的分析方法求得单位长分布电容C和分布电感L，从而有：其中，vp为相速。只要求出带状线的单位长分布电容C，则就可求得其特性阻抗。求解分布电容的方法很多，但常用的有等效电容法和保角变换法。由于计算结果中包含了椭圆函数而且对有厚度的情形还需修正，不便于工程应用。下面给出了一组比较实用的公式，这组公式分为导带厚度为零和导带厚度不为零两种情况。(a)导带

3、厚度为零时的特性阻抗由Cohn研究其闭式如下:式中，we是中心导带的有效宽度，由下式给出：（b）导带厚度不为零时的特性阻抗Wheeler完成具体工作如下:式中，带状线特性阻抗与w/b及t/b的关系曲线可见：带状线特性阻抗随着w/b的增大而减小，而且也随着t/b的增大而减小。w/bw/b(2)衰减常数带状线的损耗包括由中心导带和接地板导体引起的导体损耗、两接地板间填充的介质损耗及辐射损耗。由于带状线接地板通常比中心导带大得多，因此带状线的辐射损耗可忽略不计。所以带状线的衰减主要由导体损耗和介质损耗引起，即：介质衰减常数由以下公式给出：其中，G为带状线单位长漏电导，ta

4、n为介质材料的损耗角正切。导体衰减通常由以下公式给出（单位Np/m）：其中，Rs为导体的表面电阻，而（3）相速和波导波长由于带状线传输的主模为TEM模，故其相速和波导波长分别为：（4）带状线的尺寸选择带状线传输的主模是TEM模，但若尺寸选择不合理也会引起高次模TE模和TM模。在TE模中最低次模是模TE10,在TM模中最低次模是模TM10，为抑制高次模，带状线的最短工作波长应满足：于是带状线的尺寸应满足2.微带线(microstripline)微带线在中心导带和接地板之间加入了介质，因此它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。但是当频率不很高

5、时，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，一般称之为准TEM模(quasi-TEMmode)。我们来分析微带传输线的主要传输特性hw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，导体带宽度为w、厚度为t微带线的演化过程及结构插入金属板(1)特性阻抗与相速对准TEM模而言，如忽略损耗，则式中，L和C分别为微带线的单位长分布电感和分布电容。微带线周围不是填充一种介质，一部分为基片介质，另一部分为空气，这二部分对相速均产生影响，其影响程度由介电常数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T

6、EM波，此时的相速与真空中光速几乎相等，即因此介质部分填充的微带线（简称介质微带）的相速必然介于和之间。有效介电常数的取值就在1与之间，具体数值由相对介电常数和边界条件决定。当微带线周围全部用介质填充，此时也是纯TEM波，其相速为引入有效介电常数(effectiverelativepermittivity)q=0时，，对应于全空气填充；q=1时，，对应于全介质填充。与的关系为：工程上，用填充因子q来定义有效介电常数，即可见，只要求得空气微带线的特性阻抗Z0a及有效介电常数e，就可求得介质微带线的特性阻抗。通过保角变换及复变函数求得Z0a及e的严格解，但结果仍为较

7、复杂的超越函数，工程上一般采用近似公式。介质微带线相速为介质微带线的特性阻抗Z0与空气微带线的特性阻抗Z0a有以下关系：1)导带厚度为零时的空气微带的特性阻抗Z0a及有效介电常数e(Gupta闭式)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。2)导带厚度不为零时的空气微带的特性阻抗Z0a及有效介电常数e(Gupta闭式)导体厚度t0时，导带的边缘电容增大，相当于导体宽度w加宽为we。当t