带状线和微带线 ppt课件

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微带线(microstrip)和带状线(stripline)

微带线(microstrip)和带状线(stripline)微带线剖面图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，其体积小、重量轻、使用频带宽、可靠性高和制造成本低等；但损耗稍大，功率容量小。

60年代前期，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。

导体应具有导电率高、稳定性好、与基片的粘附性强等特点。

两个方面的作用在手机电路中，一条特殊的印刷铜线即构成一个电感微带线，在一定条件下，我们又称其为微带线。

一般有两个方面的作用：一是它把高频信号能进行较有效地传输；二是与其他固体器件如电感、电容等构成一个匹配网络，使信号输出端与负载很好地匹配。

1.PCB的特性阻抗Z0与PCB设计中布局和走线方式密切相关。

影响PCB 走线特性阻抗的因素主要有：铜线的宽度和厚度、介质的介电常数和厚度、焊盘的厚度、地线的路径、周边的走线等。

微带线2.当印制线上传输的信号速度超过100MHz时，必须将印制线看成是带有寄生电容和电感的传输线，而且在高频下会有趋肤效应和电介质损耗，这些都会影响传输线的特征阻抗。

按照传输线的结构，可以将它分为微带线和带状线。

在PCB的特性阻抗设计中，微带线结构是最受欢迎的，因而得到最广泛的推广与应用。

最常使用的微带线结构有4种：表面微带线（surfacemicrostrip）、嵌入式微带线（embedded microstrip）、带状线（stripline）、双带线（dual-stripline）。

2.微带线是位于接地层上由电介质隔开的印制导线，它是一根带状导线(信号线)．与地平面之间用一种电介质隔离开。

印制导线的厚度、宽度、印制导线与地层的距离以及电介质的介电常数决定了微带线的特性阻抗。

如果线的厚度、宽度以及与地平面之间的距离是可控制的，则它的特性阻抗也是可以控制的。

传输线带状线与微带线

n
a
cos
nx
a
cosh
ny
a
0
An
cos
nx
a
cosh
n
a
b
yb
yb 2 2 y
b
➢ 中心导带上的电荷密度
s Dy x, y b / 2 Dy x, y b / 2
s
2 0 r
n1,3,5,..
An
n
a
cos
nx
a
cosh
屏蔽带状线的电位方程和边界条件
t2 x, y 0 x a 2,0 y (3.200)
主要分析方法（TEM模）
✓ 采用静场分析方法
保角变换
求解电位的拉普表拉征斯参方数程：
用途：
特征阻抗Z0 传播常数β
衰减常数α
✓ 微波无源集成电路。特别适
合多层微波集成的中间层。
相速
vp c r (3.176)
传播常数
vp
0 0 r
r k0 (3.177 )
计算特征阻抗的经验公式
nb
2a
(3.187 )
系数An的求解 ➢ 中心导体表面电荷分布的简单假设
s
x
1 0
x x
W W
2 (3.188) 2
➢ 利用三角函数的正交性，得到系数An
An
n
2a sinnW 2a 20 r coshnb /
2a3.189
带状线单位长度电容
➢ 中心导体的电压
V
b 0
2 Ey x
0,
（中心导体零厚度）
Z0
30 r
we
b (3.179a) 0.441b

带状线和微带线

由于其结构简单，易于制作和加工，因此微带线在微波集成电路中占据了主导地位。
微带线还具有低辐射、低损耗和高可靠性等优点，因此在无线通信、雷达、电子战等领域得到了广泛应用。
微带线的应用场景
微带线在微波和毫米波频段的应用非常广泛，如卫星通信、雷达、电子战、高速数字信号处理等领
域。
在微波集成电路中，微带线被用作信号传输线、元件和电路之间
带状线和微带线
目录
• 带状线介绍 • 微带线介绍 • 带状线和微带线的比较 • 带状线和微带线的制作工艺 • 带状线和微带线的未来发展
01 带状线介绍
带状线的定义
定义
01
带状线是一种传输线结构，由一条金属带和两侧的接
地面构成。
结构
02 金属带通常由铜、铝或其它导电材料制成，宽度和厚
度根据需要而定。接地面通常为金属板或导电层。
制作过程中需要严格控制工艺参数，如温度、压力、时间等，以确保导体和绝缘层的厚度、宽度以及间距的精度。
尺寸缩小与精度控制
随着通信技术的发展，对带状线和微带线的尺寸和精度要求越来越高，需要不断提高制作工艺的精度和稳定性。
可靠性问题
带状线和微带线在制作和使用过程中可能会受到环境因素的影响，如温度、湿度、机械应力等，需要采取措施提高其可靠性。
导体制作
利用电镀或溅射技术在光刻胶保护下形成导带，去除光刻胶后得到微带线导体。
表面处理
对微带线导体表面进行清洗、干燥和保护处理，确保其具有良好的导电性能和稳定性。
制作工艺的难点和挑战
材料选择与制备
带状线和微带线对材料的要求较高，需要选择合适的导电材料和绝缘材料，并确保其性能稳定可靠。
制程控制

第三章微波传输线 4微带线

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/
r
第3章微波传输线
由此可见, 实际介质部分填充的微带线（简称介质微带）
第3章微波传输线
3.
耦合微带传输线简称耦合微带线, 它由两根平行放置、彼此靠得很近的微带线构成。耦合微带线有不对称和对称两种结构。两根微带线的尺寸完全相同的就是对称耦合微带线, 尺寸不相同的就是不对称耦合微带线。耦合微带线可用来设计各种定向耦合器、滤波器、平衡与不平衡变换器等。这里只介绍对称耦合微带线。对称耦合微带线的结构及其场分布如图 3 - 7 所示，其中w为导带宽度， s为两导带间距离。
随着频率变化而变化, 也即具有色散特性。事实上, 频率升高
时, 相速vp要降低, 则εe应增大, 而相应的特性阻抗Z0应减小。为此, 一般用修正公式来计算介质微带线传输特性。下面给出
的这组公式的适用范围为 : 2≤εr≤16, 0.06≤w/h≤16 以及
f≤100GHz。有效介电常数εe(f)可用以下公式计算:
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。
第3章微波传输线
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。
(2) 介质衰减常数αd
对均匀介质传输线, 其介质衰减常数由下式决定:

耦合带状线及耦合微带线PPT课件

C m1 2[C O (r)C e(r)]
L [ ] 0 1
1
m 2 Ce(1) Co - (1)
4.3-18
22
均匀填充介质的对称线-TEM波
对于均匀填充介质的对称线——TEM波
奇模偶模相速度必须相等则：
po
pe
C
p r
由此可知:
kL kC k
-
23
所以
均匀填充介质的对称线-TEM波(continue 1)
Co(r) eo Co(1)
Ce(r) ee Ce(1)
-Leabharlann 29耦合微带特性计算方法
保角变换求出： Co ( r ), Ce ( r )
Co (1), Ce (1)
再使用4.3-3 、4.3-4 、4.3-29
阻抗、有效介质常数. 计算用图4.3-9
-
30
即4.3-10式，其中:
-
17
B. 奇耦模方法（continue 8）
kL Lm/L 为耦合系数
kC Cm/C
Lm kLL
Cm kCC
耦合电感耦合电容
-
18
B. 奇耦模方法（continue 9）
于是
1
po 0
L 0 C 0
1
L(1 C K L )1 (K C )4.3-11
2 p0
<1> 奇耦模分析方法——利用对称性
( odd/even excitation methods )
-V V=0 V
奇模激励(odd-mode excitation):
大小相同，方向相反的电流对耦合线两
导带的激励（中心电壁）偶模激励(even-mode excitation): H=0

微波技术基础PPT课件第三部分带线与微带Ch24介质格林函数(I).ppt

• 愛因斯坦後來也證實這些方程式與特殊相對論所討論的結果吻合
Ch24 電磁波
15
馬克士威方程式
• 在他的電磁學理論下，馬克士威證實，電
磁波事實上是下述四個基本定律所呈現的
自然現象
E
d
A
q
0
BdA 0
E
d
s
dB dt
B
d
s
0 I
0 0
dE dt
Ch24 電磁波
16
馬克士威方程式－詳細說明
• 前述四個方程式是在真空中的一種表示法
S2 為右圖灰色圖形面積 A 為電容平行板的面積 E 為二塊平行板間的電場
• 若 q 為平行板上的電量，那麼 Id dq / dt
• 此項位移電流 Id 與穿過 S1 面上的傳導電流 I 相同
Ch24 電磁波
10
簡答題 24.1
• 在一個 RC 電路，當電容開始放電，(i) 在放電過程中，電容器的兩平板間，其中 (a) 有傳導電流，但沒有位移電流；(b) 有位移電流，但沒有傳導電流；(c) 傳導電流與位移電流兩者均有；(d) 沒有任何形式的電流？(ii) 在放電過程中，電容器的兩平板間，其中 (a) 有電場，但沒有磁場；(b) 有磁場，但沒有電場；(c) 電場與磁場兩者均有；(d) 沒有任何形式的場？
空間沒有介電質或磁性材料的存在
• 這幾個定律在本書中稍早的章節已有詳細的討論
高斯定律(電通量) 磁學的高斯定律法拉第感應定律安培定律－一般表示法
Ch24 電磁波
17
馬克士威方程式－詳細說明
• 由法拉第定律與安培定律的一般式可以推
導出馬克士威方程式中的電場與磁場偏微
分關係：

微带线与带状线

带状线：走在内层(stripline/double stripline),埋在PCB内部的带状走线，如下图所示。

蓝色部分是导体，绿色部分是PCB的绝缘电介质，stripline是嵌在两层导体之间的带状导线。

因为stripline是嵌在两层导体之间，所以它的电场分布都在两个包它的导体（平面）之间，不会辐射出去能量，也不会受到外部的辐射干扰。

但是由于它的周围全是电介质（介电常数比1大），所以信号在stripline中的传输速度比在microstrip line中慢！微带线：是走在表面层(microstrip),附在PCB表面的带状走线，如下图所示。

蓝色部分是导体，绿色部分是PCB的绝缘电介质，上面的蓝色小块儿是microstrip line。

其中黄色部分是环氧有机材料。

由于microstrip line（微带线）的一面裸露在空气里面（可以向周围形成辐射或受到周围的辐射干扰），而另一面附在PCB的绝缘电介质上，所以它形成的电场一部分分布在空中，另一部分分布在PCB的绝缘介质中。

但是microstrip line中的信号传输速度要比stripline中的信号传输速度快，这是其突出的优点！影响PCB走线特性阻抗Z0的因素主要有：铜线的宽度和厚度、介质的介电常数和厚度、焊盘的厚度、地线的路径、周边的走线等。

在PCB的特性阻抗设计中，微带线结构是最受欢迎的，因而得到最广泛的推广与应用。

最常使用的微带线结构有4种：表面微带线（surface microstrip）、嵌入式微带线（embedded microstrip）、带状线（stripline）、双带线（dual-stripline）。

微带线的接地参考层和高速信号线在不同layer？比如L1/L2但是共面波导的接地参考层和高速线在同一个layer，就是高速线包地。

就是说高速信号两边铺铜，铜的属性是地覆铜板/层压板（Laminate）半固化片（Prepreg）Prepreg：半固化片，又称预浸材料，是用树脂浸渍并固化到中间程度(B阶)的薄片材料。

微波课件第31节

Z0 其中，vp为相速。
L/C 1
pC
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。
《微波技术与天线》
第三章微波集成传输线之•微带传输线
导体衰减通常由以下公式给出（单位Np/m）：
c
2.7 103 RS r 30 (b t)
Z
0
0.16Rs
B
A
Z0b
r Z0 120 r Z0 120
其中，Rs为导体的表面电阻，而
A 1 2w 1 b t ln 2b t
1.带状线(strip line)
带状线的演化过程及结构
带状线又称三板线，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
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
第三章微波集成传输线之•微带传输线
（b）导带厚度不为零时的特性阻抗Wheeler完成具体工作如下:
Z0
30
r
ln 1
4 1 πm
8
1 m
8 π
1 m
2
6.27
式中， m w w
bt bt
w bt
x
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ (1

微波技术-3-带状线与微带

特征阻抗
L 1 Z0 ( 3.178) C v pC
3.7.1 传播常数、特征阻抗和衰减的公式— —带状线设计的经验公式

计算特征阻抗的经验公式（中心导体零厚度）
b Z0 (3.179a ) r we 0.441b 30

We是中心导体的有效宽度，即
w 0 0.35 we w b ( 3.179b) 2 w w b b 0.35 0.35 b b

中心导带上的电荷密度
s Dy x, y b / 2 Dy x, y b / 2
n nx nb s 2 0 r An cos cosh (3.187) a a 2a n1, 3 , 5,..

3.7.2 近似静电解
——带状线特征阻抗的数值方法

系数An的求解中心导体表面电荷分布的简单假设
1 x W 2 s x ( 3.188 ) 0 x W 2

利用三角函数的正交性，得到系数An
2a sinnW 2a An 3.189 2 n 0 r coshnb / 2a

导体损耗
Rs c Np / m ( 3.199) Z 0W
3.11 传输线和波导小结

常见传输线和波导的比较
特性基模同轴线 TEM 波导 TE10 带状线 TEM 微带准TEM
其他模式
色散(基模)
TE,TM
无
TE,TM
中等
TE,TM
无
混合TE-TM
低
带宽
损耗功率容量物理尺寸加工难度
主要分析方法（TEM模）采用静场分析方法保角变换求解电位的拉普拉斯方程用途微波无源集成电路。特别适合多层微波集成的中间层。

微带与带线.

microstrip line (continue1)
基片材料：氧化铝陶瓷（99.5％，εr＝9.5~10， tgδ＝0.0003）聚四氟乙烯（εr＝2.1， tgδ＝0.0004）聚四氟乙烯玻璃纤维极（εr＝2.55，tg＝0.008）（单片集成电路）砷化镓（εr＝13.0， tgδ＝
0≤k≤ 0.7
0.7≤k≤1
厚带的工作则由Wheeler完成
Z0
2 8 bt 8 b t 4 bt r 30 ln 1 6 . 27 W' W' W'
其中
W' W W bt bt bt m 1 x 2 0.0796x W x 1 ln W b t (1 x ) 2 2 x 11 . x b
同轴线
扁带同轴线
带状线
同轴线到带状线的演变
一、特性参量
当工作频率满足条件 R0 L0 及G0 C0 时，有如下关系式传播常数衰减常数相移常数相速相波长
j
1 R0 1 G0 Z 0 2 Z0 2
L0 C0
v0 1 vp L0 C0 r 2 p r
2 x m 21 31 x
t x b
为了便于工程计算，可以给出了带状线的尺寸与特性阻抗之间的关系曲线，以便查阅。
二、带状线尺寸的确定
带状线传输的主模是 TEM 模。但若尺寸选择不当，可能出现高次模。为了抑制高次模的传输，确定带状线尺寸时应考虑下面一些因素。 1. 中心导带宽度w 在TE模中最低次模为TE10, 它沿中心导带宽度有半个驻波分布，其截止波长为

第3章微波传输线-PPT精品

(3―4―4)
第3章微波传输线
式中vpo和vpe分别表示奇、偶模的相速度。对于耦合带状线,由于周围介质是均匀的,因此奇、偶模速度相
等,即
vpv vpe
v0
r
(3―4―5)
奇、偶模的相波长为
vpo vpe
0 r
(3―4―6)
第3章微波传输线
对于耦合微带线,由于周围介质是非均匀的,和微带线相同,我们引进奇、偶相对等效介电常数分别为εreo、 εree。利用准静态方法可求得相对介电常数分别为1(空气)和εr(介质基片)的耦合微带线中每条导带单位长度上对地的奇、偶模电容C0o(1)、C0e(1)和C0o(εr)、C0e(εr),则耦合微带线的奇、偶模等效介电常数分别为
(3―4―11)
v pe
0 rree
(3―4―12)
第3章微波传输线
图3―4―5和3―4―6分别表示薄带侧边耦合带状线的奇、偶模阻抗Z0o、Z0e与耦合带状线尺寸s/b、w/b 的列线图。图中s为耦合带状线中心导带间的间距,b为两接地板间的距离,w为中心导带的宽度。由图可根据已知的Z0o、Z0e很方便求得s/b和w/b。
第3章微波传输线
第3章微波传输线
3―1 引言 3―2 带状线 3―3 微带传输线 3―4 耦合带状线和耦合微带线 3―5 金属波导传输线的一般理论 3―6 矩形波导 3―7 圆波导
第3章微波传输线
3―1 引言
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,

带状线和微带线课件

E z(x,b)0
E z(x,0)0
理想导体表面，电“立”
PPT学习交流
3
3. TM波（E波）[6]
• 物理意义：
•
Z向无限长的理想波导中，沿此方向的场有的行波特征。
e jz
• 在z＝常数的横截面内，导波场有驻波励的强度。
• 任意一对m，n的值对应一个基本波函数，为一本征解，所以这些波函数的组合也应是方程（48）
磁场为：
H r(r ,,z ) 1 z ˆ E r0 t(r ,) e jzr ln ˆ V ( b 0 /a )e jz ˆE m e jz
PPT学习交流
18
同轴线TEM导模场结构
E
H
PPT学习交流
19
传输特性
相速度与波导波长
TEM： kc0,c ,k
相速度 v p v
c
r
R & (r)cln(r)D 17
E 0 t(r,) t(r,) (r ˆ ( r r,) r ˆ (r ,))
rˆ V0 r ln(b / a)
因此电场为：
E r(r ,,z ) E r0 t(r ,) e jz r ln r ˆ ( V b 0 /a )e jz r ˆ E m e jz
③利用边界条件确定系数
得 E z ( r ,) A [ B 1 J n ( u ) B 2 Y n ( u )c ]n o s 0 )(
（1）有限值条件：波导中任何地方的场为有限值
B2 0
（2）单值条件：波导中任何地方的场必须单值（周期边界）
得 E & z(r,)E & z(r,2n ) n＝0，1，2，…
PPT学习交流
36

微波技术基础PPT课件第三部分带线与微带Ch24介质格林函数(I)

– 此一關係也可以從馬克士威方程式的解經偏微分來得到
E c • 電磁波也遵守波的重疊原理 B
a
26
a
27
波速的推導過程細節
• 由真空中的馬克士威電場與磁場偏微分關係，可以得到以下二個偏微分方程：
• •
這將秒二02x個與E2偏微代分入0方可程0得式電2，t磁E2為波典在型和真的空波中動的方波2x程速B2式v的=c形=0式2.，909其792中2tB2波1速08 公尺/
• 此項位移電流 Id 與穿過 S1 面上的傳導電流 I 相同
a
10
簡答題 24.1 • 在一個 RC 電路，當電容開始放電，(i) 在放電過程
中，電容器的兩平板間但沒有傳導電流；(c) 傳導電流與位移電流兩者均有；(d) 沒有任何形式的電流？(ii) 在放電過程中，電容器的兩平板間，其中 (a) 有電場，但沒有磁場；(b) 有磁場，但沒有電場；(c) 電場與磁場兩者均有；(d) 沒有任何形式的場？
這是一個幾何平面
a
24
電磁波的性質
• 馬克士威方程式的解具有波函數的形式，同時電磁波中的電場與磁場均滿足波動方程式
• 平–面此電一磁結波果中來的自馬電克場士與威磁c方場程相式互的垂解1直，此二場同時亦與波傳遞方向垂直
– 將這些關係綜合起來，可以說電磁0 波為0 一橫波
a
25
電磁波的性質
• 在真空中，電場與磁場大小之間的關係可寫成：
– 上式中的線積分是針對圍繞於導線四周的任意密閉迴路
Bds0I
a
5
傳導電流 • 前述安培定律的表示法
，僅適用於電流為持續流動的情況下
• 在右圖的例子中，傳導電流僅通過 S1 的面而已