第4章 其他常用微波传输线简介
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第4章 其他常用微波传输线简介
3. 同轴线的应用与尺寸设计 同轴线是分米波波段传输大功率的理想微波传输线。在 这个频段，同轴线尺寸较大，但不笨重，功率容量大。与双 导线比不会辐射功率，与波导比尺寸小而轻便，能可靠工作 于TEM模。另外，在微波各个频段，软同轴电缆能使短距离、 小功率、任意方向的不同仪器仪表、装置方便地连通，从而 被广泛使用。关于同轴线的尺寸选择，有以下几条原则：
质的同轴线，式(4-1-8)中的
为空气中的最
小工作波长。
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第4章 其他常用微波传输线简介
4.1.2 带状线 带状线的结构如图4-1-2所示，其原始参数为W、b、t、σ、
εr、tanδ、μ0。嵌入介质中间宽度为W、厚度为t的导体板作为 导带。相距b且由介质分开的两块导体导板称为地板。地板宽 度a应比导带宽8倍以上。
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第4章 其他常用微波传输线简介
2. 同轴线的高次模 对TE模和TM模，Ez和Hz满足的亥姆霍茨方程与圆波导完 全相同，仅边界条件应为n×E|r=a·b=0，所以同轴线中的TE模 和TM模有解。由于没有r=0有限的自然条件限制，所以贝塞 尔函数解应为AJm(kcr)+BNm(ksr)。经分析可求出同轴线的最低 阶高次模为TE11模，其截止波长为λc11=π(a+b)。 同轴线的尺寸 只要满足TE11模的截止条件 λmin>π(a+b)， 就可保证一切高次 模都不会传输。
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第4章 其他常用微波传输线简介
图4-1-2 带状线和结构与TEM模
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第4章 其他常用微波传输线简介
带状线的工作模式为TEM模，横截面电磁力线分布如图 4-1-2所示。带状线也可以传输TE和TM波导模。为了使带状线 只工作于TEM模，其尺寸应满足：
带状线的特性阻抗为
(4-1-11)
(4-1-12)
第4章 其他常用微波传输线简介
第4章 其他常用微波传输线简介
4.1 同轴线、 带状线和微带线 4.2 耦合传输线与奇偶模参量法
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第4章 其他常用微波传输线简介
4.1 同轴线、带状线和微带线
本节对除双导线外的其他几种常用的TEM微波传输线作 简单介绍，它们是同轴线、带状线和微带线。 4.1.1 同轴线
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第4章 其他常用微波传输线简介
1. 同轴线的TEM模
由于Ez=Hz=0，因此TEM
斯方程
及
的边界条件可确定为
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第4章 其他常用微波传输线简介
r=a时内导体表面的电场为 电磁场可表示为
(V/m)，空间
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第4章 其他常用微波传输线简介
电压、电流为
，由E、H可求出
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第4章 其他常用微波传输线简介
同轴线的结构如图4-1-1所示，其内导体半径为a，外导体 内半径为b，外导体和内导体的中心轴线重合，中间介质参数 为εr、tanδ、μ0，导体的电导率为σ。
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第4章 其他常用微波传输线简介
图4-1-1 同轴线的结构
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第4章 其他常用微波传输线简介
由电磁理论求出的同轴线单位长度分布电气参数为
(4-1-1) 同轴线可能传输的模式有TEM、TEmn和TMmn。其工作模 为TEM模，该模就是同轴线的主模。
(4-1-13)
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代入式(4-1-12)可得： 式中，We为有效导体宽度，即
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为了设计出满足特性阻抗要求的带状线尺寸，应取
实际工作中，一般直接查设计表或已绘制好的Z0和 曲线。一种常用的典型设计曲线如图4-1-3所示。
的关系
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式中，vp为TEM模相速，它等于介质中的光速。式(4-1-12) 表示，只需计算单位长度的分布电容，便可确定特性阻抗。 精确计算C的方法是保角变换法。求出的Z0表达式中含有椭圆 积分，应用不方便。实际应用中近似计算中心导体对接地板 的两个平板电容和四个角的边缘电容为
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4.1.3 微带线 微带线的结构如图4-1-4所示，其尺寸参数为导带宽度W、
导带厚度t、介质厚度h，介质参数有εr、tanδ、μ0及空气的ε。 地板宽度a>>W。如果微带电路放在屏蔽盒中，则盒内高度 H>>h。
图4-1-3 带状线特性阻抗与W、b、t的关系曲线
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带状线的传播常数：
αc由于电流分布不均匀难于简单计算，一般用增量电感法导出 铜的αc并绘成专用曲线。实际的导体若不是铜，则用该导体的 密度和铜的密度的差别进行适当修正。相移常数β= ,
其中λ1为空气中波长。
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(4-1-10) 为获得最大Q值，同轴谐振腔的尺寸应按式(4-1-10)设计。
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常用的标准同轴线兼顾损耗和功率容量，如Z0=50 Ω的空
气同轴线， =2.3。实际上同轴线已制造成标准系列尺寸，
应按实际要求根据上述几条原则选定。同轴线中加入介质可
使结构牢固，尺寸减小，波长变短，也可提高Ebr。对于有介
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(1) 必须只工作于TEM模，确保高次模不会出现。在工作 频带内应有
(2) 同轴线最大功率容量条件可由式(4-1-6(b)) 导出为
(4-1-8)
(4-1-9) 传输大功率的同轴线尺寸应按式(4-1-9)给出的条件确定。
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(3) 同轴线的最小衰减条件应由式(4-1-7(b))按 导出为
特性阻抗为 传输功率为 功率容量为
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(4-1-5) (4-1-6(a)) (4-1-6(b))
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Ebr是内导体表面处击穿电场强度。空气的Ebr=30 kV/cm。 同轴线的损耗由内、外导体表面的电流损耗和介质损耗共同 组成，所以
(4-1-7(a))
(4-1-7(b))
(4-1-7(c))
为了提高功率容量，实用中把中心导体四个尖角修成光 滑圆弧形状。
带状线的主要优点是尺寸小，结构牢靠，抗冲击振动， 用于制作性能优良的无源元件(如滤波器、定向耦合器等)时工 作稳定，可靠性好，在导弹、卫星、飞船等快速飞行器中得 到了广泛应用。由于内导体嵌在介质中间，不便于和其他元 器件连接，因此限制了在有源电路中的应用。
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3. 同轴线的应用与尺寸设计 同轴线是分米波波段传输大功率的理想微波传输线。在 这个频段，同轴线尺寸较大，但不笨重，功率容量大。与双 导线比不会辐射功率，与波导比尺寸小而轻便，能可靠工作 于TEM模。另外，在微波各个频段，软同轴电缆能使短距离、 小功率、任意方向的不同仪器仪表、装置方便地连通，从而 被广泛使用。关于同轴线的尺寸选择，有以下几条原则：
质的同轴线，式(4-1-8)中的
为空气中的最
小工作波长。
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4.1.2 带状线 带状线的结构如图4-1-2所示，其原始参数为W、b、t、σ、
εr、tanδ、μ0。嵌入介质中间宽度为W、厚度为t的导体板作为 导带。相距b且由介质分开的两块导体导板称为地板。地板宽 度a应比导带宽8倍以上。
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2. 同轴线的高次模 对TE模和TM模，Ez和Hz满足的亥姆霍茨方程与圆波导完 全相同，仅边界条件应为n×E|r=a·b=0，所以同轴线中的TE模 和TM模有解。由于没有r=0有限的自然条件限制，所以贝塞 尔函数解应为AJm(kcr)+BNm(ksr)。经分析可求出同轴线的最低 阶高次模为TE11模，其截止波长为λc11=π(a+b)。 同轴线的尺寸 只要满足TE11模的截止条件 λmin>π(a+b)， 就可保证一切高次 模都不会传输。
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图4-1-2 带状线和结构与TEM模
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带状线的工作模式为TEM模，横截面电磁力线分布如图 4-1-2所示。带状线也可以传输TE和TM波导模。为了使带状线 只工作于TEM模，其尺寸应满足：
带状线的特性阻抗为
(4-1-11)
(4-1-12)
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4.1 同轴线、 带状线和微带线 4.2 耦合传输线与奇偶模参量法
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4.1 同轴线、带状线和微带线
本节对除双导线外的其他几种常用的TEM微波传输线作 简单介绍，它们是同轴线、带状线和微带线。 4.1.1 同轴线
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1. 同轴线的TEM模
由于Ez=Hz=0，因此TEM
斯方程
及
的边界条件可确定为
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第4章 其他常用微波传输线简介
r=a时内导体表面的电场为 电磁场可表示为
(V/m)，空间
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电压、电流为
，由E、H可求出
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第4章 其他常用微波传输线简介
同轴线的结构如图4-1-1所示，其内导体半径为a，外导体 内半径为b，外导体和内导体的中心轴线重合，中间介质参数 为εr、tanδ、μ0，导体的电导率为σ。
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图4-1-1 同轴线的结构
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第4章 其他常用微波传输线简介
由电磁理论求出的同轴线单位长度分布电气参数为
(4-1-1) 同轴线可能传输的模式有TEM、TEmn和TMmn。其工作模 为TEM模，该模就是同轴线的主模。
(4-1-13)
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第4章 其他常用微波传输线简介
代入式(4-1-12)可得： 式中，We为有效导体宽度，即
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第4章 其他常用微波传输线简介
为了设计出满足特性阻抗要求的带状线尺寸，应取
实际工作中，一般直接查设计表或已绘制好的Z0和 曲线。一种常用的典型设计曲线如图4-1-3所示。
的关系
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第4章 其他常用微波传输线简介
式中，vp为TEM模相速，它等于介质中的光速。式(4-1-12) 表示，只需计算单位长度的分布电容，便可确定特性阻抗。 精确计算C的方法是保角变换法。求出的Z0表达式中含有椭圆 积分，应用不方便。实际应用中近似计算中心导体对接地板 的两个平板电容和四个角的边缘电容为
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第4章 其他常用微波传输线简介
4.1.3 微带线 微带线的结构如图4-1-4所示，其尺寸参数为导带宽度W、
导带厚度t、介质厚度h，介质参数有εr、tanδ、μ0及空气的ε。 地板宽度a>>W。如果微带电路放在屏蔽盒中，则盒内高度 H>>h。
图4-1-3 带状线特性阻抗与W、b、t的关系曲线
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第4章 其他常用微波传输线简介
带状线的传播常数：
αc由于电流分布不均匀难于简单计算，一般用增量电感法导出 铜的αc并绘成专用曲线。实际的导体若不是铜，则用该导体的 密度和铜的密度的差别进行适当修正。相移常数β= ,
其中λ1为空气中波长。
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第4章 其他常用微波传输线简介
(4-1-10) 为获得最大Q值，同轴谐振腔的尺寸应按式(4-1-10)设计。
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常用的标准同轴线兼顾损耗和功率容量，如Z0=50 Ω的空
气同轴线， =2.3。实际上同轴线已制造成标准系列尺寸，
应按实际要求根据上述几条原则选定。同轴线中加入介质可
使结构牢固，尺寸减小，波长变短，也可提高Ebr。对于有介
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第4章 其他常用微波传输线简介
(1) 必须只工作于TEM模，确保高次模不会出现。在工作 频带内应有
(2) 同轴线最大功率容量条件可由式(4-1-6(b)) 导出为
(4-1-8)
(4-1-9) 传输大功率的同轴线尺寸应按式(4-1-9)给出的条件确定。
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第4章 其他常用微波传输线简介
(3) 同轴线的最小衰减条件应由式(4-1-7(b))按 导出为
特性阻抗为 传输功率为 功率容量为
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(4-1-5) (4-1-6(a)) (4-1-6(b))
第4章 其他常用微波传输线简介
Ebr是内导体表面处击穿电场强度。空气的Ebr=30 kV/cm。 同轴线的损耗由内、外导体表面的电流损耗和介质损耗共同 组成，所以
(4-1-7(a))
(4-1-7(b))
(4-1-7(c))
为了提高功率容量，实用中把中心导体四个尖角修成光 滑圆弧形状。
带状线的主要优点是尺寸小，结构牢靠，抗冲击振动， 用于制作性能优良的无源元件(如滤波器、定向耦合器等)时工 作稳定，可靠性好，在导弹、卫星、飞船等快速飞行器中得 到了广泛应用。由于内导体嵌在介质中间，不便于和其他元 器件连接，因此限制了在有源电路中的应用。