第三章 微带线不连续性

3.2.1概述
微波电路及不连续性
直流、低频电路由R、L、C等集总元件构成，由集总参数方法 分析和设计
• 电路中可明确区分出R、L、C；电路为由R、L、C元件构成的网络； • 不用过多考虑传输线——导线形状尺寸和信号通过的损耗和相移； • 相对于工作波长，电路尺寸小，信号通过附加路劲相移可忽略
3.2.4微带线的阶梯跳变
微带线阶梯跳变等效电路 •两条不同导带宽度微带线的连接处，较 宽微带线局部被截断
•在连接处宽条带电流线连续地向窄条带 聚集，宽条带截断区面电流密度变小， 面电荷密度减小，低特性阻抗线的电流 密度变小。 •微带阶梯跳变处，电能减少，磁能增加； 阶梯跳变呈感性，可由电感等效
3.2.6微带线T分支
对偶波导模拟法分析微带线T分支
对偶
对偶
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3.2.7微带线十字分支
微带线十字分支
• 微带十字分支不连续性较大， 实际应用较少； • 和T分支类似，微带十字分支可 等效为并联电容; • 精确的结果主要由实验测定
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微带线修正拐角
• 采用切角处理，减小拐角并联电容效应：
把拐角的外部切成45°斜角，利用两次反射的相互抵销达到匹配。 斜角边长是使两次反射抵消的关键。 对于 50Ω微带线，实验表明， 45°斜角边长为 1.6 倍导带宽度时， 从L波段到 X 波段都能得到良好匹配。(带状线结果)
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l 2 4 2 •所 测 得 的 谐 振 波 长 g 和 微 带 TEM 波 波 长 gTEM不同,两者关系可表示为：
l 2 l
g
l
g

1
g

1
gTEM
h 2 ) 1 ( gTEM
是介于0.7-1.07之间的常数，h是基片厚度 电子科技大学电子工程学院《微波集成电路》讲义
XL 1 2 X B L C 2 2 1 1 X L BC 2
Zc
l
l l X 2 Z tan( ) 2 Z tan( ) C C L 2 g B sin l 1 sin( 2 l ) C ZC ZC g
二次世界大战期间，主要采用波导立体电路； 1950s,平面传输线概念被提出； 1960s, 带状线、微带线问题解决，微波集成电路（MIC）开始发展; 1970s,氧化铝基片和薄膜工艺发展，使得MIC进入高速发展期； 1980s, MIC基本成熟。 (1970s起 )
波导立体 电路
第三章 微波无源集成电路
电子科技大学电子工程学院《微波集成电路》讲义
目录
3.1 概述
3.2 微带集成电路中的不连续性
3.3耦合微带线定向耦合器
3.4微带线三端口功率分配器 3.5微带分支线定向耦合器和微带环形电桥 3.6微波集成滤波器
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3.1 概述
微波集成电路发展——小型化、低电压、高可靠性，低成本

2 l ， sin l tan(
1 )， ZC， BC X L ; 特别地，l g 时为纯电感（Bc=0） 电子科技大学电子工程学院《微波集成电路》讲义 2 ZC 2
l
3.2.8微带线实现集总元件
1.采用微带结构模拟集总元件：电感和电容 l , 一般l＜ / 8
3.2.3微带间隙
微带间隙及其等效电路 Π-型电容网络
特性：
• • • •
由于两条微带截断端相互影响，C1≠COC ； 间距s越大， C12越小， C1就越接近COC； 间距s越小， C12越大， C1就越小； s : 0→∞， C1：0 → COC ， C12 ：∞ → 0
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3.2.3微带间隙
奇偶模法分析微带间隙 • 偶模激励：
Ce 2C1
• 奇模激励：
Co C1 2C12
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3.2.4微带线的阶梯跳变
微带线阶梯阶梯跳变应用
阶梯阻抗变换； 高低阻抗低通滤波器; ……
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ZC 1 v p C0 1 1
0 h 1 . . 0 ZC e
对偶
等效
0 0 e
. 0 e .
D h
D
（2）应用对偶定理，将平板波导变换为对 偶波导； (3)再由波导等效电路对偶变换为平板波导 等效电路→微带等效电路
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3.2.4微带线的阶梯跳变
（1）不连续性的性质可由分布参数等效电路方法确定 （2）分布参数元件值由准静态分析方法确定 （3）现代数值计算方法可准确确定不连续性特性
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3.2.1 概述
微带集成电路中不连续性种类
微带开路端/端节线； 微带线的阶梯跳变； 微带间隙； 微带线的拐角； 微带线T接头； 微带线十字接头;
3.2.6微带线T分支
微带线T分支应用广泛：
• 微带分支线电桥；微带功率分配器； 并联分支匹配电路；直流偏置网络 „„
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3.2.6微带线T分支
微带线T分支等效电路
• 等效为并联电容
• 可采用对偶波导模拟法分析
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l 1 2 l ，BC . g ZC g
l 0时，X L 2ZC .
(2) l＜ g/4 低阻抗微带线可近似等效为一个电容； l 1 0 l ， sin l tan( )， ZC， BC X L 2 2 ZC (3) g/4＜l＜ g/2高阻抗微带线可近似等效为一个电感；
波导模拟法定性分析微带线阶梯跳变
等效 对偶
等效
对偶
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3.2.5微带线拐角
微带线拐角
• 拐角区域等效为并联电容; • 路劲加长等效为两段传输线 或电感; • 也可用对偶波导模拟法分析 ：
微带拐角
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3.2.5微带线拐角
电子科技大学电子工程学院《微波集成电路》讲义
3.2.8微带线实现集总元件
1.采用微带结构模拟集总元件：电感和电容 l , 一般l＜ / 8
Zc
l
(1) 短微带线，高阻时呈感性；低阻时呈容性
l l X 2 Z tan( ) 2 Z tan( ) C C L 2 g B sin l 1 sin( 2 l ) C ZC ZC g
1 l C0c tan( l ) ZC ZC
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3.2.2微带线的开路端/截断端
微带线开路端/截断端的等效电路 测量法确定微带开路端等效理想开路线长度
•测量出一段长为l 、两端开路微带线谐振频率和谐振波长
（半波长谐振器）
•微带阶梯跳变处，电界面和几何界面不 一致。电界面向宽条带偏移
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3.2.4微带线的阶梯跳变
波导模拟法定性分析微带线阶梯跳变 （1）将微带线用平板波导等效 • 特性阻抗相同:Zc • 相位常数相同: 0 0 e • 基片厚度等于板间距:h
3.2.8微带线实现集总元件
1.采用微带结构模拟集总元件：电感和电容 l , 一般l＜ / 8
cos l A = j sin l Z C
X L BC 1 2 A = jBC j
jZC sin l cos l
•开路端末将出现过剩电荷，过剩电流，辐射能量； •过剩电荷是主要的
通常，微带开路端可由一个可等效电容或一段 理想开路线
Z jZC tan( l ) jZ cot( l ) 1 ZC L |Z L = C jC0c ZC jZ L tan( l )
3.2.8微带线实现集总元件
2. 微带电容元件
（a）间隙电容 （b）交指电容 （c）MIM电容
电容值较小
电容值较大
电容值最大
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3.2.8微带线实现集总元件
3. LC谐振电路 • 在传输线上并联一个或多个支节，这些支节等效于串联
或并联谐振回路。
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微带电路已成为微波混合集成电路的主要形式
微带传输线半开放结构便于集成固态器件和调试 微带线良好传输特性 (1)工作频率＜最低上限频率，可实现单模传输 (2)弱色散特性 (3)准确地设计分析方法 (4)精确的加工工艺 低成本，批量化 电子科技大学电子工程学院《微波集成电路》讲义
3.2微带集成路中的不连续性
“不连续性”概念和传输线行波传输状态相对； 不连续性区域将产生反射； 不连续性区域将发生能量的存储； 确定不连续性性质 不连续性区域将产生相移 电子科技大学电子工程学院《微波集成电路》讲义
3.2.1 概述
微波电路实际上是由多个不连续性构成而实现特 定功能的电路；
微波“不连续性”的分析方法：
微波电路由分布参数方法分析和设计
• 电路不能明确区分出R、L、C；电路严格地分析实际上是求解电磁场边 值问题； • 需考虑传输线传播特性： （1）传播模式；（2）阻抗；（3）相移 传输线的材料、结构、尺寸 电子科技大学电子工程学院《微波集成电路》讲义
3.2.1 概述
微波电路由分布参数方法分析和设计
3.2.8微带线实现集总元件
L
C L
C
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3.2.8微带线实现集总元件
• 如果是一个串联谐振和一个接地的并联 谐振相互级联，其响应又如何？
电子科技大学电子工程学院《微波集成电路》讲义
电子科技大学电子工程学院《微波集成电路》讲义
3.2.2微带线的开路端/截断端
微带线开路端/截断端的应用
λ/4开路线; 微带到波导探针过渡; 微带线匹配枝节; ……
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3.2.2微带线的开路端/截断端
微带线开路端/截断端的等效电路 微带开路端实际等效为RLC终端
• 微波电路可等效为分布参数电路网络 分布参数元件L、C由不同传输线段实现 微波频率高，电路所需L、Ｃ元件值小 不同传输线段具有不同的“电抗集中效应”（电场、磁场集中）， 可实现L、C功能 (——不是简单、独立的L、C )
由微波传输线段构成的、体现“电抗集中效应”的微波电 路网络通常被称作微波电路的“不连续性”
Zc
l源自文库
(4) g/2＜l＜ g时，可用 型网络等效
l l X L 2Z C tan( 2 ) 2 Z C tan( ) g B sin l 1 sin( 2 l ) C ZC ZC g
此时，X L 0, BC 0
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严格的场方法(——数值方法) 分布参数等效电路法(——TEM波传输线) 电子科技大学电子工程学院《微波集成电路》讲义
3.2.1 概述
微带不连续性是构成微带电路的基本单元 微带不连续性是实现微带线路功能的基本单元，微带电路 实际上是由多个不连续性级联构成的 微带电路不连续性采用“场”、“路”结合的方法分析
平面混合 集成电路
MMIC SOC MCM
(1990s起 )
第一代 第二代 第四代 第 三 代 (1940s起 ） 电子科技大学电子工程学院《微波集成电路》讲义 (1960s起 ) 21世 纪
3.1概述
微波混合集成电路定义：
在氧化铝陶瓷、蓝宝石、铁氧体以及复合介质等绝缘介质衬底上，采用 薄膜或厚膜技术制作出微波集成传输线和分布参数电路，并与带封装的 或裸芯片固态器件、片式元件（电阻、电容或电感）组合在一起，构成 具有完整电路或系统功能的集成电路