微带线的产生和发展

微波技术

经典前沿类

微带线的产生和发展

目录

一、微波传输线 (4)

1.1 传输线概论 (4)

二、微带线产生 (5)

2.1 产生背景及发展历程 (5)

2.2 微带线的结构及参数 (5)

2.2.1 微带线中的主模 (6)

2.2.2微带线的基本参数及实现 (7)

三、微带线的应用 (10)

3.1 微带集成电路简介 (10)

3.2 微带线的发展趋势 (11)

3.3 微带线发展的实例 (11)

四、微带线和带状线的对比 (12)

4.1 总体对比 (12)

4.1.1 微带线 (13)

4.1.2 带状线 (13)

4.2 微带线的优缺点 (13)

五、微带线的不连续性 (14)

六、参考文献 (16)

微带线的产生和发展

作者：田鲲刘旭辉宋宇航杨继元王浩臣周阳

摘要

微带线是由支在介质基片上的单一导体带构成的微波传输线。适合制作微波集成电路的平面结构传输线。与金属波导相比，具有体积小、重量轻、使用频带宽、可靠性高和制造成本低等优点；但同时也存在损耗稍大，功率容量小等问题。本文首先讨论了微波传输线的分类，然后从微带线的产生、发展、应用三个方面对其进行了介绍。并且依据微带线发展过程中产生的实例，深入了解了蝴蝶结形DGS微带线在低通滤波器中的应用。之后也通过查阅文献，知晓了各种微带线中存在着不连续性，以及根据不连续性得到的一些应用。

关键词：微波传输线，microstrip，微波集成电路，蝴蝶结形DGS微带线，微带线不连续性

一．微波传输线

1.1传输线概况

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:①TEM模传输线(包括准TEM模传输线),如图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;②TE模和TM模传输线, 如图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;③表面波传输线,其传输模

式一般为混合模,如图1(3)所示的介质波导,介质镜像线等。

图1 经典微带传输线

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率的电磁波,一般只适用于厘米波段。

二.微带线产生

2.1产生背景及发展历程

60年代初期，由于微波低损耗介质材料和微波半导体器件的发展，形成了微波集成电路，使微带线得到了广泛应用，相继出现了各种类型的微带线，一般用薄膜工艺制造。介质基片选用介电常数高、微波损耗低的材料，同时导体也具有导电率高、稳定性好、与基片的粘附性强等特点。

除了微带线以外，常用的微波传输线还有同轴线和波导等。但它们的最大缺点是体积、

重量大。这个问题在过去并不突出，但随着空间电子技术（例如空用雷达和其他空用电子设备、卫星通信设备等）的发展，设备的体积和重量成为一个主要矛盾，必须予以解决，即使对一些地面电子设备、减轻体积、重量也成为一个重要问题，例如相控阵雷达，使用了成千上万个微波单元，包括收、发设备和微波电路系统，如仍沿用过去的元件，则整个系统也将很复杂笨重。此外，同轴线和波导作为传输线和电路元件还存在机械加工量大、成本高、调整不易等缺点。总之，为了适应现在无线技术的发展，微波传输线必须相应地有个大变革。

为了减轻整个无线电设备的体积和重量，增加其可靠性，首先在低频电路中有了很大发展：由电子管发展到晶体管，进而又发展到集成电路，为整机小型化开辟了道路。当低频的问题得到了解决时，整个变革便逐渐扩展到了微波领域。近十几年来，发展了一大批微波固体器件，它们和电子管相比，体积、重量大为减小。但要真正做到微波整机的小型化，还必须有电路部分与之配合。六十年代中期后，将器件和电路结合起来解决小型化问题的微波集成电路发展起来，从而使微波设备的固体化、小型化成为可能，并大大改进了整机的指标。

2.2微带线的结构及参数

微带线的结构如图2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、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2微带线的横截面结构示意图

2.2.1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。其演变过程如图3所示。

图3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。

2.2.2微带线的基本参数及实现

1 基本参数

微带线横截面的结构如图4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1给出微波集成电路中常用介质材料的特性。