微带线设计
微带线的CAD设计
微带传输线的CAD设计谭利（陕西理工学院电信工程系电子信息工程专业，2006级3班，陕西汉中，723003）指导教师：聂翔【摘要】微波射频电路的平面化、小型化、集成化使得微带线成为单片微波集成电路中信号传输的主要载体。
论文先首先论述了微带线的工作原理和核心性能参数，具体详述了基于HFSS软件对微带线进行建模仿真的方法，仿真计算给出的S参数图和远区场增益覆盖图显示了设计的正确性。
【关键词】微带线，高频结构仿真器，特性阻抗，散射参数CAD design of the microstrip lineTan li(Grade 06,Class 3,Major electronics and information engineering ，Electronics and information engineering Dept.，Shaanxi University of Technology，Hanzhong 723000，Shaanxi)Tutor: Nie Xiang【Abstract】The developing tendency of compactness，miniaturization and integration for the microwave radio frequency circuits makes microstrip line play a key role in transporting signals in MMIC. The work principles and core performance parameters of the microstrip line are demonstrted in this paper. The approach of modeling and simulation in microstrip line based on HFSS are specified. The S parameter chart and far field overlay of calculation and simulation prove the design correct.【Key words】Micro-strip line HFSS(high frequency structure simulator) Characteristic impedance Scattering parameters目录1引言 (1)2微带线的工作原理及分析方法 (2)2.1微带线工作原理 (2)2.2微带线分析方法 (2)3微带线核心参数的计算 (5)4微带线HFSS建模与仿真 (7)4.1A NSOFT HFSS设计环境 (7)4.2建立3D模型 (8)4.3建立波端口 (11)4.4创建报告 (16)5数据分析及结论 (19)5.1S参数分析 (19)5.22D远区场增益分析 (19)致谢 (21)参考文献 (22)附录A：科技文献翻译 (23)附录B：英语科技文献原文 (28)1引言微带线的发展历程经过由传统微波传输线→带状线→耦合带状线→微带线。
50欧姆微带线课程设计
50欧姆微带线课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解微带线的基本概念、结构特点及其在射频通信中的应用；2. 掌握50欧姆微带线的电气特性，包括阻抗、传输线方程和Smith圆图分析；3. 学会计算微带线的尺寸、间距等关键参数，并了解其对传输性能的影响。
技能目标：1. 能够运用相关公式和软件工具进行微带线的设计和仿真；2. 培养实际操作能力，完成50欧姆微带线的制作和测试；3. 提高分析和解决射频电路中微带线相关问题的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对电子工程领域的兴趣，激发探索精神和创新意识；2. 增强学生的团队合作意识，培养在实践过程中积极沟通、协作的能力；3. 树立正确的价值观，认识到微带线技术在国民经济发展中的重要作用。
课程性质分析：本课程属于电子工程领域，以射频通信技术为基础，结合实际应用，强调理论与实践相结合。
学生特点分析：学生具备一定的电子线路基础知识，具有较强的逻辑思维能力和动手能力，但对微带线等射频技术了解有限。
教学要求：1. 注重知识体系的完整性，循序渐进，由浅入深地引导学生掌握微带线的设计和应用；2. 结合实际案例，加强实践操作环节，提高学生的实际动手能力；3. 关注学生的个体差异，因材施教，激发学生的学习兴趣和潜能。
二、教学内容1. 微带线基本概念：介绍微带线的定义、结构及其在射频通信系统中的应用。
- 教材章节：第3章“传输线理论”第1节“微带线概述”- 内容列举：微带线的结构、类型及其电气特性。
2. 50欧姆微带线设计原理：- 教材章节：第3章“传输线理论”第2节“微带线的电气特性”- 内容列举：传输线方程、特性阻抗、Smith圆图分析。
3. 微带线参数计算与仿真：- 教材章节：第3章“传输线理论”第3节“微带线的设计与仿真”- 内容列举：微带线尺寸、间距等参数计算，软件工具使用。
4. 微带线制作与测试：- 教材章节：第4章“微带线制作与测试”第1节“微带线的制作”- 内容列举：材料选择、工艺流程、制作技巧。
微带线和带状线设计
MT-094 指南微带线和带状线设计简介 人们撰写了大量文章来阐述如何端接PCB走线特性阻抗以避免信号反射。
但是，妥善运用 传输线路技术的时机尚未说清楚。
下面总结了针对逻辑信号的一条成熟的适用性指导方针。
当PCB走线单向传播延时等于或大于施加信号上升/下降时间(以最快边沿为准)时端接传输 线路特性阻抗。
例如，在Er = 4.0介电质上2英寸微带线的延时约270 ps。
严格贯彻上述规则，只要信号上升 时间不到~500 ps，端接是适当的。
更保守的规则是使用2英寸(PCB走线长度)/纳秒(上升/下降时间)规则。
如果信号走线超过 此走线长度/速度准则，则应使用端接。
例如，如果高速逻辑上升/下降时间为5 ns，PCB走线等于或大于10英寸(其中测量长度包括 曲折线)，就应端接其特性阻抗。
在模拟域内，必须注意，运算放大器和其他电路也应同样适用这条2英寸/纳秒指导方针， 以确定是否需要传输线路技术。
例如，如果放大器必须输出最大频率fmax，则等效上升时 间tr和这个fmax相关。
这个限制上升时间tr可计算如下： tr = 0.35/fmax 等式 1然后将tr乘以2英寸/纳秒来计算最大PCB走线长度。
例如，最大频率100 MHz对应于3.5 ns的 上升时间，所以载送此信号的7英寸或以上走线应视为传输线路。
PCB板上受控阻抗走线的设计 在受控阻抗设计中，可以采用多种走线几何形状，既可与PCB布局图合二为一，也可与其 相结合。
在下面的讨论中，基本模式遵循IPC标准2141A的规定(见参考文献1)。
Rev.0, 01/09, WKPage 1 of 7MT-094请注意，下面的图示中将使用术语“接地层”。
需要了解的是，该接地层实际上是一个大面 积、低阻抗的参考层。
在实践中，可能是一个接地层或电源层，假定二者的交流电位均为 零。
首先是简单的平面上布线形式的传输线路，也称微带线。
图1所示为横截面视图。
微带传输线微带电容微带电感设计
在航空航天领域，对微带元件的高 可靠性、高稳定性和轻量化等要求 更高，因此该领域的发展潜力巨大。
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耦合器、振荡器等。
在通信系统、雷达系统、卫星通 信等领域，微带线电容被用于实 现信号的传输、处理和转换等功
能。
此外，微带线电容还可以用于制 作传感器、天线、功率放大器等 电子器件，具有小型化、集成化、
高性能等优点。
03
微带电感设计
微带线电感的基本原理
微带线电感是由微带线绕成一定 形状的电感器，其工作原理基于
薄膜工艺
发展薄膜工艺，降低微带 元件的介质厚度，提高元 件性能。
3D打印技术
利用3D打印技术制造微带 元件，实现个性化定制和 快速原型制作。
新应用领域的开发
物联网领域
随着物联网技术的快速发展，微 带元件在物联网设备中的应用将
更加广泛。
医疗电子领域
由于微带元件具有小型化、低功耗 和高集成度等特点，其在医疗电子 领域的应用前景广阔。
优化设计的应用实例
微带传输线
在无线通信系统中，通过优化微带传输线的设计，实现信号的高 效传输。
微带电容
在滤波器、振荡器等电路中，优化微带电容的设计可以提高电路的 性能。
微带电感
在射频识别（RFID）标签、无线传感器网络等领域，优化微带电 感的设பைடு நூலகம்有助于提高识别准确性和通信距离。
05
微带传输线、微带电容 、微带电感的未来发展 趋势
微带传输线、微带电 容、微带电感设计
目录
• 微带传输线基本理论 • 微带电容设计 • 微带电感设计 • 微带传输线、微带电容、微带电感的
优化设计 • 微带传输线、微带电容、微带电感的
微带线设计ADS
}微带线设计ADS：使用ADS中的微带线计算器LineCalc计算得到微带线的几何尺寸W、S、L。
具体方法是点击菜单栏Tools -> LineCalc -> Start Linecalc，出现一个新的窗口1.在窗口的Substrate Parameters栏中填入与MSUB中相同的微带线参数。
2.在Cpmpnet Parameters填入中心频率。
栏中的W和L分别表示微带线的宽和长。
栏中的Z0和E_Eff分别表示微带线的特性阻抗和相位延迟。
·5.点击Synthesize和Analyze栏中的↑箭头，可以进行W、L与Z0、E_Eff间的相互换算。
填入75 Ohm和30deg可以算出微带线的线宽1.38 mm和长度15.54mm。
图计算！3.2.2连接好电路，将的W、S、L输入，进行、仿真*具体方法是：1.在原理图设计窗口中选择微带电路的工具栏窗口左侧的工具栏变为右图2-0所示。
（1）在工具栏中点击选择微带线MLIN并在右侧的绘图区放置。
（2）选择微带线MLIN以及控件MSUB分别放置在绘图区中。
（3）选择画线工具将电路连接好，连接方式见下图2-1。
^图。
（图传输线原理图2.双击图上的控件MSUB设置微带线参数。
￥H:基板厚度(62 mil)Er:基板相对介电常数Mur:磁导率(1)Cond:金属电导率+7)Hu:封装高度+33 mm) T:金属层厚度(0.03mm)TanD:损耗角正切Roungh:表面粗糙度(0 mm)、3 .双击两边的引出线TL1、TL2，分别将其宽与长设为1.26mm和2.6 mm(其中线长只是暂定，以后制作版图时还会修改)。
4.在原理图设计窗口中选择S参数仿真的工具栏（1）选择Term 放置在滤波器两边，用来定义端口1和2，点击图标，放置两个地，并按照]上图2-1连接好电路。
（2）选择S参数扫描控件放置在原理图中，并设置扫描的频率范围和步长，频率范围根据滤波器的指标确定(要包含通带和阻带的频率范围)。
微带线等效电路模型
微带线等效电路模型1. 引言微带线（Microstrip Line）是一种广泛应用于微波传输线路中的结构。
通过对微带线进行建模，可以更好地理解其电性能，并进行电路设计和分析。
在本文中，我们将介绍微带线的等效电路模型，包括其基本原理、特性参数以及常用的等效电路模型。
2. 微带线的基本原理微带线是一种由导体层、绝缘层和辐射层组成的结构，通常被用于传输高频信号。
其基本原理如下：1.导体层：导体层由一条细长的金属线组成，通常采用铜或铝等导电材料。
导体层负责传输电流，确定微带线的电特性。
2.绝缘层：绝缘层位于导体层上方，由一层介电材料构成，通常采用高频介电常数较低的材料，如陶瓷或聚酰亚胺等。
绝缘层的厚度对微带线的特性有重要影响。
3.辐射层：辐射层位于绝缘层上方，由空气或其他介质组成。
辐射层的存在会导致微带线的辐射损耗。
微带线的特性主要取决于导体层、绝缘层和辐射层的几何尺寸和材料特性。
3. 微带线的特性参数为了更好地描述和分析微带线，我们需要引入一些特性参数，如下所示：3.1 电感和电容微带线的导体层和辐射层之间的结构形成了一段电感和一段电容。
其中，电感主要由导体层的电流产生的磁场引起，电容主要由导体层和辐射层之间的电场构成。
3.2 特性阻抗特性阻抗是指微带线单位长度上的电阻和电抗比值。
特性阻抗的求解是微带线设计中的关键一步，通常使用公式或仿真工具进行计算。
3.3 传输常数传输常数描述了信号在微带线中传播时的延迟和相位变化。
传输常数可以通过特性阻抗和特性电抗来计算。
4. 常用的微带线等效电路模型为了简化微带线的分析和设计过程，人们发展了多种等效电路模型。
下面介绍几种常用的等效电路模型：4.1 Lumped元件模型Lumped元件模型假设整个微带线可以被等效为一个电感和一个电容。
这种模型适用于低频和短线的情况。
4.2 T模型和Π模型T模型和Π模型是将微带线等效为一个电感和一个电容，并通过另外一个电感来表示微带线的传输常数。
(整理)微带线带通滤波器的ADS设计
应用ADS设计微带线带通滤波器1、微带带通微带线的基本知识微波带通滤波器是应用广泛、结构类型繁多的微波滤波器，但适合微带结构的带通滤波器结构就不是那么多了，这是由于微带线本身的局限性，因为微带结构是个平面电路，中心导带必须制作在一个平面基片上，这样所有的具有串联短截线的滤波器都不能用微带结构来实现；其次在微带结构中短路端不易实现和精确控制，因而所有具有短路短截线和谐振器的滤波器也不太适合于微带结构。
微带线带通滤波器的电路结构的主要形式有5种：1、电容间隙耦合滤波器带宽较窄，在微波低端上显得太长，不够紧凑，在2GHz以上有辐射损耗。
2、平行耦合微带线带通滤波器窄带滤波器，有5％到25％的相对带宽，能够精确设计，常为人们所乐用。
但其在微波低端显得过长，结构不够紧凑；在频带较宽时耦合间隙较小，实现比较困难。
3、发夹线带通滤波器把耦合微带线谐振器折迭成发夹形式而成。
这种滤波器由于容易激起表面波，性能不够理想，故常把它与耦合谐振器混合来用，以防止表面波的直接耦合。
这种滤波器的精确设计较难。
4、1/4波长短路短截线滤波器5、半波长开路短截线滤波器下面主要介绍平行耦合微带线带通滤波器的设计，这里只对其整个设计过程和方法进行简单的介绍。
2、平行耦合线微带带通滤波器平行耦合线微带带通滤波器是由几节半波长谐振器组合而成的，它不要求对地连接，结构简单，易于实现，是一种应用广泛的滤波器。
整个电路可以印制在很薄的介质基片上(可以簿到1mm以下)，故其横截面尺寸比波导、同轴线结构的小得多；其纵向尺寸虽和工作波长可以比拟，但采用高介电常数的介质基片，使线上的波长比自由空间小了几倍，同样可以减小；此外，整个微带电路元件共用接地板，只需由导体带条构成电路图形，结构大为紧凑，从而大大减小了体积和重量。
关于平行耦合线微带带通滤波器的设计方法，已有不少资料予以介绍。
但是，在设计过程中发现，到目前为止所查阅到的各种文献，还没有一种能够做到准确设计。
PCB布线中的微带线和带状线设计
PCB布线中的微带线和带状线设计在PCB布线设计中，微带线和带状线是两种常用的传输线形式。
它们在不同的应用和场景中有着各自的优势和特点，设计微带线和带状线需要考虑到信号传输的性能、电磁兼容性等方面。
本文将详细介绍微带线和带状线的设计原理、特点以及布线规范，以帮助读者更好地实现PCB布线设计。
一、微带线设计1.微带线的结构微带线是一种印刷线路，由导线、介质层和接地层构成。
其中，导线的材料通常为铜，介质层的材料有FR-4等。
微带线的特点是在一侧与接地层直接相连，而在另一侧与空气或介质相接。
这种结构使得微带线具有较高的阻抗控制能力。
2.微带线的特点微带线设计中的关键参数包括线宽、线距、介质常数、厚度等。
其中，线宽和线距是影响微带线阻抗的主要参数。
通常情况下，增大线宽可以降低微带线的阻抗，而增大线距则会提高微带线的阻抗。
因此，在微带线设计中需要根据具体的要求来选择适当的线宽和线距。
3.微带线的设计规范在PCB布线设计中，为了确保微带线的性能和稳定性，需要遵循一些设计规范。
首先是根据信号频率和传输距离来确定微带线的参数，以满足阻抗匹配要求。
其次是避免尖角和转角，尽量采用圆滑的布线路径。
此外，在微带线的接头处应采用过渡角度，避免信号反射和损耗。
4.微带线的应用微带线在高速数据传输中被广泛应用，例如在通信系统、网络设备、射频模块等领域。
微带线具有较高的阻抗控制能力和信号传输性能，能够有效减少信号的失真和干扰。
因此，合理设计微带线在PCB布线中起着至关重要的作用。
1.带状线的结构带状线是一种多层印刷线路，由导线、介质层和接地层构成。
不同于微带线，带状线的导线被夹在介质层之间，与接地层相隔一层介质。
这种结构使得带状线具有更高的阻抗稳定性和信号完整性。
2.带状线的特点带状线的设计中，关键参数包括导线的宽度、间隔、介质常数、厚度等。
与微带线相比，带状线具有更高的阻抗控制能力和抗干扰能力，适用于高速数据传输和射频模块设计。
微带线低通滤波器设计
近代微波技术课程报告姓名王翩学号M*********院系电子信息工程专业电磁场与微波技术类别硕士指导老师马洪考试日期2011年7月8日微带线低通滤波器设计设计参数要求设计特征阻抗为50Ω的低通滤波器，其截止频率为f 1=2.5GHz(3dB 衰减)，在f 2=5GHz 处要求衰减大于30dB ，要求有详细设计步骤，并且用分布参数元件实现。
滤波器选型选择巴特沃兹型滤波器，其衰减特性表示为221()10lg[1(/)]n A f f f ε=+其中n 为滤波器阶数，这里取1ε=。
2()30A f ≥代入上式解的n ≥4.98，取n=5，即选取5阶巴特沃兹滤波器。
5阶归一化巴特沃兹低通滤波器（截止频率1/(2)πHz ，特征阻抗1Ω）有如下两种实现方式。
第一种是第一个元件是串联电感，第二种是第一个元件是并联电容，以下简称电感型和电容型。
图1 第一个元件是串联电感的5阶归一化巴特沃兹LPF图2 第一个元件是并联电容的5阶归一化巴特沃兹LPF使用集总参数实现巴特沃兹型LPF设待求滤波器截止频率(1f )与基准滤波器截止频率(0f )的比值为M ，则有1010 2.5 1.57101/(2)f GHz M f Hzπ===⨯ 设计截止频率为1f 的滤波器，要经过频率变换，将基准滤波器中各元件值除以M 。
滤波器特征阻抗变换是通过先求出带设计滤波器阻抗与基准滤波器特征阻抗的比值K ，再用K 去乘基准滤波器中的所有电感元件值和用这个K 去除基准滤波器中所有电容元件值来实现的。
公式如下：50501K ===待设计滤波器的特征阻抗基准滤波器的特征阻抗通过上述两步变换可以得到实际的元件值计算公式：K/M NEW OLD L L =⨯ C /()NEW OLD C KM =下面以以上公式推导出待求滤波器各元件取值。
表一：电感型滤波器各元件值H1 C1 H2 C2 H3 基准滤波器 0.61803H1.61803F2H1.61803F0.61803H待求滤波器1.96723nH2.06013pF 6.36618nH 2.06013pF 1.96723nH表二：电容型滤波器各元件值C1 H1 C2 H2 C3 基准滤波器 0.61803F 1.61803H 2F 1.61803H 0.61803F 待求滤波器0.78690 pF5.15035nH2.54648 pF5.15035nH0.78690 pF图3 电感型5阶巴特沃兹LPFm1m2freq, GHzd B (S (2,1))m1freq=dB(S(2,1))=-3.0102.500GHz freq=dB(S(2,1))=-30.1075.000GHz图4(a) 电感型衰减特性曲线频率(GHz)幅值(d B )图4(b) Matlab 编程得到的衰减特性12345678910-400-300-200-100-500freq, GHzp h图4(c) ADS 仿真相频特性-450-400-350-300-250-200-150-100-50频率(GHz)相位(度)图4(d) Matlab得到的相频特性图5 电容型5阶巴特沃兹LPFfreq, GHzdB(S(2,1))m1m2m1freq=dB(S(2,1))=-3.0102.500GHzm2freq=dB(S(2,1))=-30.1075.000GHz图6(a) 电容型衰减特性曲线频率(GHz)幅值(d B )图6(b) Matlab 编程得到的衰减特性曲线12345678910-400-300-200-100-500freq, GHzp h图6(c) ADS 仿真电容型LPF 相频特性频率(GHz)相位(度)图6(d) Matlab 得到的电容型LPF 相频特性通过图4和图6使用ADS 软件和Matlab 仿真结果可以看出，在2.5GHz 处衰减为3dB ，在5GHz 处衰减大于30dB ，而且通过相频特性曲线可以看出两种LPF 都具有很好的线性相频特性曲线。
基片集成波导与微带线的转换设计
基片集成波导与微带线的转换设计随着通信技术的发展，无线通信系统越来越广泛地应用于日常生活和工业生产中。
在无线通信系统中，波导和微带线是常见的传输介质。
波导是一种用于传输电磁波的管道，其优点是低损耗、高传输效率和较大的带宽，但是波导的制作成本较高，体积较大，无法直接集成于集成电路中。
而微带线是一种用于传输微波信号的导行线，在集成电路中易于制作和集成，但是其损耗较大，带宽较小，因此在实际应用中需要将波导与微带线进行转换。
波导与微带线的转换设计是无线通信系统中的重要环节，其设计需要考虑到传输效率、损耗、带宽和制作成本等多方面因素。
本文将重点介绍基片集成波导与微带线的转换设计。
基片集成波导与微带线的转换设计是指将波导和微带线集成在同一电路板上，并设计出高效的波导与微带线之间的转换结构。
基片集成波导与微带线的转换设计既可以利用波导的优点，又可以利用微带线的优点，从而在无线通信系统中取得更好的性能。
基片集成波导与微带线的转换设计主要包括以下几个方面：波导与微带线之间的传输结构设计、波导与微带线之间的阻抗匹配设计、波导与微带线之间的传输效率和损耗分析、基片集成工艺等。
首先，波导与微带线之间的传输结构设计是基片集成波导与微带线的转换设计的重要部分。
传输结构的设计需要考虑到波导与微带线的特性，并设计出合适的结构来实现波导与微带线之间的信号传输。
目前常用的波导与微带线之间的传输结构有耦合槽、耦合窗、天线和耦合结构等，这些结构的设计需要考虑到波导与微带线的工作频率、阻抗匹配和传输效率等因素。
其次，波导与微带线之间的阻抗匹配设计是基片集成波导与微带线的转换设计的关键环节。
阻抗匹配设计需要将波导与微带线的阻抗进行匹配，从而实现波导与微带线之间的高效能量传输。
阻抗匹配设计需要考虑到波导与微带线的特性、工作频率、波导结构和微带线结构等因素。
第三，波导与微带线之间的传输效率和损耗分析是基片集成波导与微带线的转换设计的重要内容。
传输线理论及微带传输线的设计与制作
考虑一段特性阻抗为 Zo 的传输线，一端接信号源，另一端则接上负载，如图 6-2 所示。
并假设此传输线无耗，且其传输系数 γ =jβ ，则传输线上电压及电流方程式可以用下列二式
表示：
V (z) V ez V ez
式（6-16）
I (z) I ez I ez
式（6-17）
I(z) I ez I ez
在传输线上传输波的电压、电流信号会是时间及传输距离的函数。一条单位长度传输线 的等效电路可由 R、L、G、C 等四个元件来组成，如图 6-1 所示。
单位长度
图 6-1 单位长度传输线的等效电路
假设波的传播方向为＋Z 轴的方向，则由基尔霍夫电压及电流定律可得下列二个传输线
方程式：
d 2V (z) dz 2
G C
1 2
( R Yo
GZo )
其中 Y0 定义为传输线的特性导纳(Characteristic Adimttance), 其公式为：
1C YO ZO L
（二） 负载传输线（Terminated Transmission Line ）
式（6-14） 式（6-15）
（A）无损耗负载传输线（Terminated Lossless Line）
IL
1 Zo
(V
V
)
式（6-20）
合并式（6-18）及（6-20）可得负载阻抗（Load Impedance）：
ZL
VL IL
Zo
(V V
V ) V
定义归一化阻抗（Normalized Load Impedance）：
式（6-21）
zL
ZL
ZL Zo
1 L 1 L
当 ZL = ZO 时，则Γ L = 0 时，此状况称为传输线与负载匹配（Matched）。
实验设计仿真微带线分支线定向耦合器
实验 设计仿真微带线分支线定向耦合器一、 实验目的：１． 掌握微带分支线定向耦合器的设计方法； ２． 掌握用VOLTAIRE 进行仿真；二、 实验原理：在一些电桥电路及平衡混频器等元件中，常用到分支线定向耦合器，微带二分支定向耦合器如下图所示，图中的字母G 、H 和数字1是各线段特性导纳的归一化值（对50欧姆阻抗对应的导纳值归一化），因各端口的导纳值相同，所以又称为等阻二分支定向耦合器。
H当功率由（1）臂输入时，（3）、（4）两臂有输出；理想情况下，（2）臂无功率输出，故（2）臂是隔离臂，（3）、（4）两臂的输出可按一定的比例分配，若（3）、（4）两臂的输出功率相同，都等于输入功率的一半，则成为3dB 定向耦合器或3dB 分支电桥。
利用奇偶模分析法，将上述电路在中心线A －A1处切开，此时可将两条线（1）－（4）及（2）－（3）从A －A1面分开来考虑，这样将四端口网络转换为二端口网络，上下是对称的。
所以利用各端口理想的匹配及（1）、（2）端口之间理想的隔离条件，得出下列公式：2221(1)3(2)41120lg 20lg(3)3G H u jG u u G C u GH+==-+== 其中C 称为定向耦合器的耦合度，u1、u3、u4分别为（1）口输入电压和（3）、（4）口输出电压，可见（3）口和（4）口的输出电压相位差90度，对与3dB定向耦合器（C＝3dB）代入上式得：=1,G H三、实验要求：设计3dB微带分支定向耦合器已知条件：微带线介质基片厚度h=1mm，εr＝9.6，中心频率f0＝3GHz，输入输出端口的通信的阻抗为50 欧姆。
指标要求：1）根据所给的已知条件计算出各段微带线的宽度和长度，画出电路原理图2）对电路原理图进行仿真并对各线段调谐，达到指标如下：当频偏臂f/f0=1.06(即频率范围2.8～3.2GHz)时：在中心频率处耦合度（S31模值）为2.9～3.1dB输入驻波比 1.3ρ≤，方向性或隔离度（即S21的模值）≥17.5dB，两臂的不平衡度（即S31与S41的模值dB差）≤0.26dB。
PCB布线中的微带线和带状线设计
PCB布线中的微带线和带状线设计在PCB布线设计中，微带线和带状线是两种常用的传输线结构。
它们被广泛应用于高频电路中，如射频电路和微波电路，以保证信号的传输质量和减小传输损耗。
本文将详细介绍微带线和带状线的概念、设计原理和性能特点。
一、微带线的概念和设计原理微带线是一种平面传输线结构，由一条导体线和接地平面构成。
导体线通常位于接地平面的上方，与接地平面通过介质层相隔一定的距离。
微带线的导体线可以是导线或导电层，接地平面则是铜层或称为接地层。
在微带线中，信号的传输主要是通过导体线的电磁场耦合在介质层中进行，同时也有一部分能量通过导体线与接地平面之间的电容耦合进行传输。
微带线的电磁场分布主要由两个因素决定：导体线的宽度和导体线与接地平面之间的距离。
这两个因素共同决定了微带线的特性阻抗和传播特性。
通常情况下，当微带线的宽度增加时，阻抗会降低，但是传输损耗会增加；当微带线与接地平面的距离增加时，阻抗会增加，但是传输损耗会降低。
因此，在设计微带线时需要根据具体应用要求权衡选择合适的宽度和距离。
微带线的设计还需要考虑到导体线的长度和弯曲，因为这些因素会对传输线的电磁性能产生影响。
导体线的长度应尽量避免过长，因为导体线长度的增加会导致信号的传输延迟和功率损耗的增加。
而弯曲则会引入信号反射和散射，影响传输线的匹配和信号完整性。
二、带状线的概念和设计原理带状线是一种常用的传输线结构，由一条狭窄的导体线嵌在介质层中，上面覆盖着一层接地平面。
带状线的导体线与接地平面之间的距离通常比微带线小，这样可以实现更高的功率传输和更低的传输损耗。
带状线的设计与微带线类似，主要考虑的因素包括导体线的宽度、导体线与接地平面之间的距离以及导体线的长度和弯曲。
不同的是，带状线相比微带线更适用于高功率、高频和窄带的应用。
带状线的导体宽度可以选择得更窄，这样可以实现更高的特性阻抗。
同时，带状线的传输电磁场主要分布在导体线附近，相对于微带线来说，带状线的电磁场集中度更高，能够实现更好的信号耦合效果。
4-2__微带线
（3）用re1重新计算较准确的Z01值
Z 01 Z 0 re1 50 5.02 121
由上述Z01值重复步骤（1），得到更准确的q2=0.635 （4）重复步骤（2），再次计算re2
re 2 1 q2 ( r 1) 1 0.635(9 1) 6.08
§4-3 耦合带状线 和耦合微带线
在微波工程设计中，由于定向耦合器、滤波器等 元件的实际需要，提出了耦合传输线。
偶模(even mode)激励——是一种对称激励； 奇模(odd mode)激励——是一种反对称激励。 不管是哪种激励，它们都是建立在“线性迭加原理”基 础上的。
U1=Ue+Uo，U2=Ue-Uo
reo
C0o ( r ) 1 qo r 1 C0o (1)
ree
C0e ( r ) 1 qe r 1 C0e (1)
po
0 reo
pe
0 ree
po
0 re 0
0 pe ree
Z 0e (1) 1 Z 0e peCe ( r ) ree
Cga Cga
Cf
Cp
Cf'
Cf'
Cp
Cf
Cf
Cp
Cgd
Cgd
Cp
Cf
偶模特性阻抗Z0e定义为偶模场型分布时单根中心导体对地 的阻抗。 奇模特性阻抗Z0o定义为奇模场型分布时单根中心导体对地 的阻抗。
Z 0o
பைடு நூலகம்
1 po C0o
0 r
Z 0e
1 pe C0e
po pe
Z 0o (1) 1 Z 0o poCo ( r ) reo
微带线匹配的设计
第3节微带线匹配设计在前面介绍了设计集总参数元件的匹配网络的方法，但是这种匹配网络只适合于频率较低的场合，或者是尺寸远小于工作波长的情况。
随着工作频率的提高和工作波长的缩小，分立元件的寄生参数效应将变得更加明显，设计时相应地就要考虑寄生效应，这将使得问题变得相当复杂。
分立元件的这些问题限制了它在射频微波电路中的应用。
通常在几个GHz频段中，射频工程师常采用分立元件和分布元件混合使用的方法。
相比较于前面的分立元件匹配网络，这种网络避免使用电感，而是用传输线替换了电感。
原因是电感比电容具有更高的电阻性损耗，而且电感绕制起来麻烦，很难做到精确。
这种网络是由几段串联的传输线以及间隔配置的并联电容构成。
在这种匹配网络中的分布元件显示出独特的电特性，明显地不同于低频集总参数元件。
它适合作为手机等移动通信设备功率放大器的匹配网络。
其结构如下图所示。
传输线（TL）和电容元件的混合匹配网络设计实例1：设计一个匹配网络将ZL=(30+j20)ohm的负载阻抗变换到Zin=(60+j80)ohm 的输入阻抗。
要求必须采用两段串联传输线和一个并联电容。
已知两段传输线的特性阻抗均为50ohm,匹配的工作频率为2 GHz。
首先，建立一个工程matching1_prj，弹出窗口如下图点选框内的S_Params，然后点OK。
然后会光标处出现虚框将虚框放在空白窗体内。
出现S参数模板如图示：然后手工将Zin和ZL值键入Term1和Term2的Z参数，如下图示:放置一个smithchart元件，目前这个元件是空的。
然后点击tools，在下拉菜单中找到Smith Chart Utility点击，启动Smith Chart工具视窗。
如下图示：在弹出的对话框中选择Update Smith Chart utility from SmartCoponent，然后点击OK就可以用ADS自带的Smith圆图工具来设计匹配。
先设置匹配的工作频率为2 GHz，默认设置为1 GHz。
真空电子器件的微带线设计考核试卷
5. C
6. A
7. B
8. C
9. A
10. C
11. D
12. A
13. D
14. C
15. C
16. C
17. D
18. C
19. C
20. D
二、多选题
1. ABC
2. ABCD
3. ABCD
4. ABC
5. ABCD
6. ABCD
7. ABC
8. ABC
9. AC
10. AC
11. ABC
2.微带线的传输损耗主要是由____和介质损耗组成。
3.在微带线的设计中，为了实现阻抗匹配，常常需要使用____和____。
4.微带线耦合器的设计中，耦合度可以通过改变耦合线的____和____来实现。
5.微带线的相位速度与____和____有关。
6.为了减小微带线的传输损耗，可以选用____较低的介质材料。
7.在微带线设计过程中，如何调整特性阻抗？（）
A.改变传输线长度
B.改变传输线宽度
C.改变传输线厚度
D.改变介电常数
8.微带线主要用于以下哪种电路设计？（）
A.数字电路
B.模拟电路
C.高频电路
D.低频电路
9.以下哪个参数不是影响微带线带宽的因素？（）
A.传输线长度
B.传输线宽度
C.介电常数
D.特性阻抗
12. ABC
13. BCD
14. ABCD
15. ABC
16. ABC
17. ABC
18. ABC
19. ABCD
20. ABC
三、填空题
1.反比
2.导体损耗
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（五）相关参数的计算（续）
贴片宽度W、贴片长度L、馈电点的位置z可由公式计算得出 馈线的宽度可以由Transmission Line Calculator 软件计算得出
（五）相关参数的计算（续）
（六）用ADS设计过程 有了上述的计算结果，就可以用ADS进行矩形微带天线的设计了 下面详细介绍设计过程 ADS软件的启动 启动ADS并建立一个工程
在Layout中制版 准备工作做好以后，下面就可以进行Layout中的作图了。 先选定当前层为v cond，再按照前面计算出来的尺寸作图。 最后在馈线端加入端口 在Layout中制版（续）
进行仿真 点击Momentum -> Simulation -> S-parameter弹出仿真设置窗口，该
窗口右侧的Sweep Type选择Linear， Start、Stop分别选为18GHz、 32GHz，Frequency Step选为1.0GHz。Update后，点击Simulation 按钮。 仿真结果
矩形微带天线的设计
（一）实验目的
了解微带天线设计的基本流程 掌握矩形微带天线的设计方法 熟悉在ADS的layout中进行射频电路设计的方法
（二）设计要求
中心频率：24GHz； 增益：>15dB； 输入阻抗：50Ω。 介质基板在要求中没有指定用那种。在这，选用用 FR4 介质基板（εr＝ 4.4），厚度 h＝1.6mm，设计一个在 24GHz 附近工作的矩形微带天线。 基片选择的理由是：陶瓷基片是比较常用的介质基片，其常用的厚度是 h＝1.6mm，0.835mm，0.554mm。其中 1.6mm 的基片有较高的天线效率， 较宽的带宽以及较高的增益。在这导体的厚度 t=0.05
（七）设计小结 DAS 软件，以前从来没有接触过，对于这次的设计，无疑是个巨大
的挑战。通过前期的有关视频的学习，让我慢慢的对这个软件有了初步 的了解。在有了一定的基础后，便开始试着去运用这软件。果然，实践 和理论有着很大的区别。
矩形微带天线设计是微带天线设计的基础，然而作为一名新手，想 熟练顺利地掌握其设计方法与流程却也有些路要走。 多仿照别人的例 子操作，多自己动手亲自设计，多看帮助文件，是进入射频与微波设计 殿堂的不是捷径的捷径。
通过这次微带天线 ADS 设计，让我对该软件有了更深一层的认识。 通过不断的时间运用，也逐渐掌握了 ADS 软件有关这一方面的知识。 在这次设计中，运用 ADS 软件自带的参数计算很重要。这样不仅节省 了手动计算的时间，而且，通过软件计算的结果更为准确。在进行负载 阻抗匹配时也同样采用一样的方法。所以，设计起来就不会那么繁杂。 在这次的设计中，天线增益是缺点。在这一点上，我翻阅了很多参考书， 其中的办法也尝试过了，虽然达到了设计要求，但是，增益还是不怎么 理想。
（三）微带天线的技术指标
辐射方向图 天线增益和方向性系数 谐振频率处反射系数 天线效率
（四）设计的总体思路
计算相关参数 在ADS的Layout中初次仿真 在Schematic中进行匹配 修改Layout，再次仿真，完成天线设计
（五）相关参数的计算
需要进行计算的参数有 贴片宽度W 贴片长度L 馈电点的位置z 馈线的宽度
创建新的工程文件 进入ADS后，创建一个新的工程，命名为antenna_prj。打开一个新的
layout文件，首先设定度量单位。在ADS中，度量单位的缺省值为 mil，把它改为mm。改动方法可以在建立工程时直接修改。 设定度量单位
介质层设置 在ADS的Layout中进ห้องสมุดไป่ตู้设计，介质层和金属层的设置很重要 在菜单栏里选择Momentum－>Substrate－>Create/Modify…， 在
新建一个Schematic文件，绘出如下的电路图：
匹配过程（续） 其中TL1和TL2的L是待优化的参量，初值取1mm，优化范围是0.1mm到
5mm。 设置好MSub的值 匹配过程（续）
插入S参数优化器，一个Goal。其中Goal的参数设置如下： 这里dB（S（1，1））的最大值设为-50dB，是因为在Schematic中的仿
一般来说，按照公式计算出来的矩形天线其反射系数都还会比较大 的，在圆图中反映出来的匹配结果也不是很理想。这也许是由一些公式 的近似导致的，但这也使电路匹配成为设计工作必不可少的一环。
对仿真结果的探讨 由上图可见，理论上的计算结果与实际的符合还是相当不错的，中心频
率大约在24GHz左右。只是中心频率处反射系数S11还比较大，从 而匹配不理想，在24GHz处，m1距离圆图上的坐标原点还有相当的 距离。在24GHz下的输入阻抗是：Z0*（0.126+j0.229）＝6.3+j11.45 在原理图中进行匹配 为了进一步减小反射系数，达到较理想的匹配，并且使中心频率更加精 确，可以在Schmatic中进行匹配。 天线在3GHz下的输入阻抗是： Z0*（0.126+j0.229）＝6.3+j11.45 ， 这可以等效为一个电阻和电感的串连。 匹配原理 匹配的原理是：串联一根50欧姆传输线，使得S11参数在等反射系数圆 上旋转，到达g=1的等g圆上，然后再并联一根50欧姆传输线，将 S11参数转移到接近0处。所需要计算的就是串连传输线和并联传输 线的长度 ADS原理图中优化功能可以出色的完成这个任务 匹配过程
仿真结果（续） 由上图可以看出，中心频率为 24GHz，达到设计要求，输入阻抗在设计 的初始时便已经运用于计算中（在计算微带线的长和宽时要在确定输入 阻抗才能得到一个固定的值）。由匹配前后两图的对比，经过阻抗匹配 后，天线增益有了明显的改善。由上图可以看出，天线的增益为 20dB, 基本达到了设计要求。由上图还可以看出，在 24GHz 点上，已经在中 线上。所以，阻抗可以说是达到了匹配状态。
真要比在Layout中的仿真理想得多，所以要求设置得比较高，以期 在Layout中有较好的表现。 修改Layout 参照Schematic计算出来的结果，修改Layout图形如下
两点说明 由于这里是手工布板，而不是由Schematic自动生成的，传输线的长度
可能需要稍作调整(但不超过1mm)。注意要把原先的3mm馈线长度 也算进去。 为了方便输入，在电路的左端加了一段50Ω的传输线。其长度对最终仿 真结果的影响微乎其微。这里取1mm。 仿真结果 按照前述的步骤进行仿真，仿真结果是
Substrate Layer标签里，保留 ////GND////的设置不变，重命名 FreeSpace和Alumina层，修改其设置为： 介质层设置（续）
金属层设置 点击Metallization Layers标签，在Layout Layer下拉框中选择cond，然
后在右边的Definition下拉框中选择Sigma（Re，thickness），参数 设置如下页图。 然后在Substrate Layer栏中选择“------”后，点击“Strip”按钮，这将看到 “------Strip cond”。一切完成后，点击OK。 金属层设置（续）