微带线匹配设计原理
平行耦合微带线结构
平行耦合微带线结构
平行耦合微带线结构是一种在微波电路中常用的传输线结构，它由两条平行的微带线组成，中间通过空气或介质隔开，形成一个电容耦合区域。
这种结构的特点是具有较高的阻抗匹配性能和较低的插入损耗，能够在高频段实现良好的信号传输。
它的工作原理基于电磁场的耦合理论，当信号在一条微带线上传输时，会在耦合区域产生电磁场，这个电磁场会耦合到另一条微带线上，从而实现信号的传输。
平行耦合微带线结构通常用于制作滤波器、阻抗匹配器、耦合器等微波器件。
它的设计需要考虑到微带线的宽度、间距、介质厚度等因素，以实现所需的阻抗匹配和频率响应。
同时，还需要考虑到制造工艺的可行性和成本等因素。
在实际应用中，平行耦合微带线结构可以通过光刻、蚀刻等微加工技术制作在电路板上，也可以采用 3D 打印等增材制造技术进行制作。
它具有结构简单、易于制造、性能稳定等优点，因此在微波电路中得到了广泛的应用。
微带电路的原理
微带电路的原理一、微带线简介微带线是制作微波集成电路的平面结构传输线。
可用光刻程序制作，且容易与其他无源微波电路和有源微波器件集成，实现微波部件和系统的集成化。
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。
二、微带线的结构微带线是在介质基片的一面制作导体带，另一面制作接地金属平板而构成。
其结构有两种形式，如图所示：图中a为开放式微带线，b为屏蔽微带线。
图（c）表示其场结构。
由于导体带上面（y>h）为空气，到替代下面为介质基片，所以大部分场在介质基片内，且集中在导体带与接地板之间。
但也有一部分场分布在几篇上面的空气区域内，因此微带线不可能存在纯TEM模。
三、微带线的制作及工艺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。
微带线介质基片的种类：常用的有99%的氧化铝陶瓷、石英、蓝宝石、聚四氟乙烯玻璃纤维等。
传统的微带线制作工艺过程首先要用真空蒸发的方法在抛光的介质几面正面镀上一层厚度为20~40mm的铬，再在铬层上镀上厚度约1um的金、铜或银等，然后在表面涂感光胶并贴上所需电路图形照片的底片，置于紫外光下进行光刻，经腐蚀后，只留下感光部分的电路图形。
表面金属也要有一定厚度，也就是微带导体带的厚度t，导体带的宽度和长度视电路需要而定。
三、微带电路的实现有两种实现方法：1.在基片上沉淀金属导带，这类材料主要是陶瓷刚性材料。
这种方法工艺复杂，加工周期长，性能指标好，在毫米波或要求高的场合使用。
2.在现成介质覆铜板上光刻腐蚀成印制板电路，这类材料主要是复合介质类材料。
这种方法加工方便，成本低，是目前使用最广泛的方法，又称微波印制直板电路。
四、主要技术参数：1、特性阻抗2、衰减常数衰减常数表示微带的损耗，包括导体损耗、介质损耗和辐射损耗。
微带天线的工作原理
微带天线的工作原理微带天线是一种常用的无线通信天线，由于其结构简单、制造成本低廉、安装方便等优点，被广泛应用于无线通信系统中。
例如手机、无线局域网、卫星通信等领域都使用了微带天线。
微带天线的工作原理基于微带线的特性和谐振的原理。
微带线是将介质板（常用的是电介质）上的金属贴片与反射板或接地面相连接形成的一条导线。
微带线由于其特殊的结构，具有相对简单的模式存在，并且能够有效地辐射和接收电磁波。
微带天线实际上是通过微带线来辐射和接收无线信号的。
当微带天线处于工作状态时，微带线上的电流被激励，形成电场和磁场的辐射。
辐射的电磁波会通过空间传播到目标区域，实现信号的传输。
微带天线之所以能够工作，主要是依赖于以下几点原理：1. 谐振原理：微带天线的工作的基础是谐振现象。
当微带天线的尺寸合适，使得电磁辐射场能够与电磁波的频率达到谐振，就可以形成较大的辐射阻抗，并将能量有效地辐射到空间中。
2. 过渡线模式：微带天线是通过微带线上的电流来辐射电磁波的。
微带线具有一定的模式存在，其模式的特性主要取决于微带线的几何结构和介质参数。
过渡线模式是微带天线的工作的基础，通过微带线上的电流和电磁场的正常传输，在微带线上形成波导模式，并将电能有效地从发射端辐射到接收端。
3. 特性阻抗匹配：微带天线在工作时还需要考虑特性阻抗的匹配。
特性阻抗是指电磁波在传输线或天线中传播时的阻抗特性。
为了取得较大的能量传输效率，需要将发射端的阻抗与接收端的阻抗匹配，减小功率的反射，使信号能够有效地从发射端传输到接收端。
4. 辐射型式：微带天线的辐射型式主要有主瓣辐射方向和波前辐射特性。
主瓣辐射方向决定了天线的辐射范围和辐射强度分布，而波前辐射特性则描述了天线在空间中的辐射图案。
通过合理设计微带线的形状和尺寸，可以实现所需的辐射型式。
综上所述，微带天线是一种通过微带线辐射和接收电磁波的天线。
通过合理设计微带线的几何结构、介质参数和阻抗匹配，使得微带天线能够实现电磁波的辐射和接收。
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
微带渐变线匹配原理
微带渐变线匹配原理
微带渐变线是一种常见的微波传输线，它具有渐变介电常数的特性，能够实现宽带和低损耗的传输。
微带渐变线的匹配原理涉及到电磁场的传输和阻抗匹配的问题。
首先，让我们从微带线的基本原理开始。
微带线是一种由导体覆盖在介质基板上的传输线。
在微带渐变线中，介质基板的介电常数会随着位置的变化而变化，这种渐变的介电常数使得微带渐变线能够实现宽带传输。
当电磁波在微带渐变线中传输时，由于介电常数的渐变，波的传播速度会发生变化，从而实现宽带传输。
其次，微带渐变线的匹配原理涉及到阻抗匹配的问题。
在微波电路中，阻抗匹配是非常重要的，能够有效地提高电路的性能。
微带渐变线能够实现阻抗匹配的原因在于其渐变的介电常数。
通过设计合适的渐变介电常数分布，可以使得微带渐变线的输入和输出阻抗得到匹配，从而减小信号的反射损耗，提高传输效率。
另外，微带渐变线的匹配原理还涉及到传输线的特性阻抗的变化。
在微带渐变线中，由于介电常数的渐变，传输线的特性阻抗会随着位置的变化而变化。
因此，设计合适的渐变介电常数分布可以
实现传输线特性阻抗的匹配，从而提高电路的性能。
综上所述，微带渐变线的匹配原理涉及到介电常数的渐变特性、阻抗匹配和传输线特性阻抗的变化等多个方面。
通过合理设计渐变
介电常数分布，可以实现宽带传输和阻抗匹配，从而提高微带渐变
线的性能。
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。
微带渐变线匹配原理
微带渐变线匹配原理
微带渐变线是一种在微波电路中常用的传输线形式，它通常用
于微波集成电路和天线设计中。
微带渐变线的匹配原理涉及到微带
线的特性阻抗、传输特性以及渐变结构的设计原理。
首先，让我们从微带线的特性阻抗开始。
微带线是一种平面传
输线，它由导体覆盖在介质基板上形成，通常在板子的一面有一层
铜箔。
微带线的特性阻抗取决于其几何尺寸、介质常数和板子的厚度。
通过调整微带线的宽度和介质常数，可以实现所需的特性阻抗，从而实现匹配。
其次，微带渐变线的匹配原理还涉及到传输特性。
微带线的传
输特性包括传输损耗、相速度等。
通过设计渐变结构，可以实现信
号的逐渐匹配，从而减小信号的反射和传输损耗，提高整个电路的
性能。
此外，渐变结构的设计原理也是微带渐变线匹配的关键。
渐变
结构可以通过改变微带线的宽度、介质常数或者其他参数，使得信
号在传输过程中逐渐匹配到所需的阻抗。
这种渐变结构的设计需要
考虑到整个电路的特性阻抗变化、信号的传输特性以及匹配的精度
要求等因素。
综上所述，微带渐变线的匹配原理涉及到微带线的特性阻抗、传输特性以及渐变结构的设计原理。
通过合理设计微带渐变线的几何结构和介质参数，可以实现信号的有效匹配，提高微波电路的性能。
rf match工作原理
rf match工作原理RF Match工作原理在无线通信和射频电子领域中，RF Match（射频匹配）是一种关键的技术，用于确保信号在发射和接收设备之间能够正确传输和匹配。
RF Match的主要功能是将传输线的特性阻抗与信号源或负载的特性阻抗进行匹配，以最大限度地传递信号。
本文将详细讨论RF Match的工作原理，并逐步解释其在射频电子中的应用。
第一步：理解特性阻抗特性阻抗是传输线的重要特性之一，用来描述传输线的阻抗特性。
特性阻抗是指当传输线两端开路时，传输线上单位长度的阻抗，通常用欧姆/米（Ω/m）表示。
不同的传输线（如电缆、微带线等）具有不同的特性阻抗。
特性阻抗的大小对于信号的传输和匹配非常重要。
如果信号源或负载的特性阻抗与传输线的特性阻抗不匹配，会造成信号的反射和损耗。
第二步：RF Match的基本组成RF Match通常由三个主要组成部分组成：衰减器（attenuator）、匹配网络（matching network）和变压器（transformer）。
1. 衰减器: 衰减器用于控制信号的功率，通常由可变电阻器或可变衰减器构成。
衰减器的作用是使信号的功率减小到所需的水平。
2. 匹配网络: 匹配网络是RF Match的关键部分，用于匹配传输线的特性阻抗和信号源/负载的特性阻抗。
匹配网络是由电容器和电感器组成的L型和π型电路，根据特定的参数和算法设计。
3. 变压器: 变压器用于将高特性阻抗转换为低特性阻抗，或者将低特性阻抗转换为高特性阻抗。
变压器是由两个或多个线圈构成的，通过共享磁场来传递信号。
第三步：匹配过程RF Match的匹配过程实质上是一个调整匹配网络参数的过程，以确保传输线的特性阻抗与信号源/负载的特性阻抗相匹配。
1. 确定传输线的特性阻抗：首先，需要确定传输线的特性阻抗，这可以通过传输线的规格和材料来计算或测量得到。
2. 确定信号源/负载的特性阻抗：根据具体的应用，需要确定信号源或负载的特性阻抗。
RF Circuit Design(Topic 6)
在圆图上将归一化的阻抗zL 转换成归一化的导纳yL ，阻 抗圆图也就成为导纳圆图。 画出zL 或yL 所对应的等反射系数圆，找出其与Zin 等电导 圆的交点，通常存在两个交点，可以选择一个进行设计。 由
Γ(l ) = Γ L ⋅ e − j 2 β l ，传输线长度为l 时，电长度为 θ = β l θ λ 若已知电长度，则传输线长度为 l = ⋅ π 2 再根据并联电纳的大小求解开/短路传输线的长度
微带线型匹配电路
根据传输线理论，一定长度的开路和短路传输线可 以等效为特定的电容和电感。 微带传输线具有许多优点，如体积小、重量轻、容 容 易与电路集成设计、与集成电路的兼容性好、易于 易与电路集成设计 大批量制作等，是一种常用的传输线结构。 微带线匹配电路的拓扑结构主要分为并联 串联 并联和串联 并联 串联两 种形式，由此所派生的电路形式有很多。 串连型微带匹配电路的基本结构是1/4波长阻抗变 换器。
并联型微带匹配电路
通常，并联型微带匹配电路分为：
单枝节匹配 双枝节匹配
此外，对于并联型微带匹配电路，工程上经 常采用的结构还有：
分立元件(电容)和分布参数元件混合匹配电路 三枝节和四枝节匹配网络 克服匹配禁区影响
微带单枝节匹配电路
Z0L, lL
串联传输线 会有怎样的 变化？
单枝节匹配有两种拓扑 结构：
其他微带双枝节匹配电路
由于双枝节匹配网络存在匹配禁区，工程中 还经常用的是三枝节 四枝节 三枝节或四枝节 三枝节 四枝节匹配电路。 最典型的是波导多螺钉调配器 波导多螺钉调配器，反复调整各 波导多螺钉调配器 个螺钉的深度，测量输入端驻波比，可以使 系统匹配，并且获得良好的频带特性。 某些实际电路中，使用变容二极管 变容二极管来代替微 变容二极管 带短截线，这样可以实现电调匹配。
空气耦合微带线
空气耦合微带线空气耦合微带线是一种用于传输微波信号的传输线，具有低损耗、高带宽和易于制造等优点。
下面将详细介绍空气耦合微带线的结构、工作原理、特点以及应用。
一、空气耦合微带线的基本结构空气耦合微带线是一种传输线，其基本结构包括两根平行的金属导线和一个空气腔体。
金属导线通常由铜、铝或钢等导电材料制成，具有较高的电导率。
空气腔体则由非导电材料制成，如聚乙烯或聚四氟乙烯等。
二、空气耦合微带线的工作原理空气耦合微带线的工作原理基于空气腔体对微波信号的限制作用。
当微波信号在金属导线中传输时，它会感应出相应的磁场和电场。
由于空气腔体的存在，这些磁场和电场会被限制在腔体内部，从而避免了信号的辐射损失。
同时，由于空气的介电常数接近于1，因此空气耦合微带线的传播速度接近于光速，使得信号能够在传输线上快速传输。
三、空气耦合微带线的特点1. 低损耗：由于空气耦合微带线采用空气作为传输介质，因此具有较低的介质损耗。
与常用的同轴电缆相比，空气耦合微带线的传输损耗更低，适用于长距离传输。
2. 高带宽：空气耦合微带线的带宽范围很宽，可以从几百兆赫兹到几十吉赫兹。
这使得空气耦合微带线适用于各种不同的应用场景，如无线通信、雷达和电子对抗等。
3. 易于制造：空气耦合微带线的制造过程相对简单，成本较低。
此外，由于其体积较小，因此易于集成到各种不同的系统中。
4. 抗电磁干扰：由于空气耦合微带线对外部电磁干扰的免疫力较强，因此适用于各种恶劣的电磁环境中。
5. 灵活的设计：空气耦合微带线的结构灵活可变，可以根据不同的应用需求进行定制。
例如，可以通过改变金属导线的形状、尺寸和排列方式来优化传输性能。
四、空气耦合微带线的应用由于具有上述优点，空气耦合微带线在许多领域都有广泛的应用，包括：1. 无线通信：空气耦合微带线可用于基站、无线局域网和卫星通信等无线通信系统中。
它能够提供低损耗、高速率的数据传输，并适应各种不同的环境条件。
2. 雷达和电子对抗：空气耦合微带线可用于雷达天线和电子对抗系统中。
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。
第讲-匹配理论及匹配网络
2
13
第3章 匹配理论
2. 输入阻抗和输出阻抗不为纯电阻
如果输入阻抗和输出阻抗不是纯电阻,而是复数
阻抗,处理的方法是只考虑电阻部分,按照上述方法
计算L型匹配电路中的电容和电感值,再扣除两端的
虚数部分,就可得到实际的匹配电路参数。
14
第3章 匹配理论
阻抗变换
1
20
第3章 匹配理论
L网路的局限性：
RS和RL确定
Q值确定
可能会不满足滤波性能的指标
可采用三个电抗元件组成的Π和T型网络
21
第3章 匹配理论
3.3.2 П型匹配电路
= 1
+ 2
1
1
2
inter
2
=
+
+
LP LP
LP
= 1 +
2
令XS=XLP，电抗抵消（两电抗在工作频率处并联谐振）
RLP=RS
L网络串联支路电抗与并联支路电抗必须异性质
= 1 +
= 1 + 2
2
=
−1
>
= LP =
LP ,
问题：QS ,QL怎样求？
11
第3章 匹配理论
Ls
Cs
Cp
Lp
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）。
第9次 第四章 微波集成传输线 微带线 耦合传输线
由大小相等、方向相同的电流对耦合线两带状导体产生的激励，偶模激励中 间对称面为磁壁 。
偶模激励的场结构 单根带状导体对地的分布电容为偶模电容
等效电容网络
Ce C11 C22
Anhui University
4. 奇偶模分析方法
在奇、偶模激励下，耦合线被电壁和磁壁分成两半，另一根带状导体的影响 分别可用对称面上的电壁和磁壁边界条件来等效，这样只需分别研究单根奇模线 和单根偶模线的特性.，然后叠加便可得到耦合线的特性。
Z 1 r 1 0.11 A 0 r 0.23 60 2 r 1 r W / h≤2 窄带 当A》=1.52窄带情况：
W 8e A 2A h e 2
当A《=1.52宽带情况：
W / h 2宽带
1 W 2 0.61 B 1 ln(2 B 1) r ln( B 1) 0.39 h 2 r r
Anhui University
4.2 微带线(microstrip line)
微带线是第二代微波集成传输线，是微波集成电路最常用的一种平面型传输线，它 易于与有源微波电路和无源微波电路集成，又称为标准微带。
一、微带的结构与工作模式：
它是在高度为h的介质片上，一边为宽度为w 厚度为t的导体带，另外一边为接地板构成。
Anhui University
2.奇模激励 (odd-mode excitation):
由大小相等、方向相反的电流对耦合线两带状导体产生的激励，奇模激励 时中间对称面为电壁。
奇模激励的场结构
单根带状导体对地的分布电容为奇模电容
微带线的结构
微带线的结构微带线是一种非常重要的电路结构，在无线通信系统和微波电路中得到广泛应用。
它的结构简单，易于制作，具有一定的带宽和衰减特性，可以实现高频信号的传输和处理。
微带线结构由一层金属板和一层绝缘基板构成，金属板上覆盖有一条宽度为w、长度为L的金属带，与金属板相隔一定距离h。
在微带线两端分别接有信号源和负载，并通过微带线中传输电磁波信号。
微带线的特点是具有平面结构，易于制作，可以用印刷技术在板上制作，成本低廉。
此外，微带线具有宽带和低损耗的特点，可以在较宽的频率范围内传输信号，并且信号衰减较小。
微带线的工作原理是通过电磁波在绝缘基板上的传输来实现信号的传输。
在微带线上，电磁波信号沿着电磁波的传输方向传输，同时也会在金属板和绝缘基板之间的空气电容和金属带的感性耦合作用下发生反射和传播，形成微带线上的驻波。
微带线的特性阻抗与微带线的几何参数和材料特性有关，可以通过调整微带线的几何参数和材料参数来实现对微带线的特性阻抗的调节。
微带线的应用范围非常广泛，特别是在无线通信系统和微波电路中得到广泛应用。
在无线通信系统中，微带线可以用于天线、滤波器、功分器、耦合器、隔离器等元件的制作，以实现无线通信系统中的信号传输和处理。
在微波电路中，微带线可以用于功率放大器、混频器、振荡器、变频器等电路的制作，以实现微波电路中的信号传输和处理。
微带线的优点是结构简单、制作方便、成本低廉、宽带、低损耗、可调节特性阻抗等。
但是微带线也存在一些缺点，如微带线的功率承受能力较小、容易受到干扰、难以实现高速传输等。
因此，在实际应用中，需要根据具体的需求选择合适的微带线结构和参数，以实现最佳的性能和效果。
微带线是一种重要的电路结构，在无线通信系统和微波电路中得到广泛应用。
它的结构简单、制作方便、成本低廉、宽带、低损耗、可调节特性阻抗等优点，使其成为电路设计和制造中不可或缺的重要元件。
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。
微波实验报告
实验2 微带分支线匹配器一、实验目的：1．熟悉支节匹配器的匹配原理2. 了解微带线的工作原理和实际应用3．掌握Smith图解法设计微带线匹配网络二、实验原理支节匹配器是在主传输线上并联适当的电纳（或者串联适当的电抗），用附加的反射来抵消主传输线上原来的反射波，以达到匹配的目的。
单支节匹配器，调谐时主要有两个可调参量：距离d和由并联开路或短路短截线提供的电纳。
匹配的基本思想是选择d，使其在距离负载d处向主线看去的导纳Y是Y0+jB形式。
然后，此短截线的电纳选择为-jB，根据该电纳值确定分支短截线的长度，这样就达到匹配条件。
双支节匹配器，通过增加一支节，改进了单支节匹配器需要调节支节位置的不足，只需调节两个分支线长度，就能够达到匹配（但是双支节匹配不是对任意负载阻抗都能匹配的，即存在一个不能得到匹配的禁区）。
三、实验内容已知：输入阻抗Zin=75欧负载阻抗Zl=（64+j35）欧特性阻抗Z0=75欧介质基片εr=2.55，H=1mm假定负载在2G赫兹时实现匹配，利用图解法设计微带线单支节和双支节匹配网络，假设双支节网络分支线与负载的距离d1=四分之一波长，两分支线之间的距离为d2=八分之一波长。
画出几种可能的电路图并且比较输入端反射系数幅度从1.8GHz至2.2GHz的变化四、实验步骤（一）单支节1.在Smith导纳圆图上画出负载ZL所处的VSWR圆，标出其与单位电导圆的交点。
这里可以有两个交点，选择离负载较近的那个点进行计算。
角度为-105.4°。
-105.4°-93.31°=-198.71°198.71°/2=99.35°L=1.4373mm。
3. 再将图中标记改为显示导纳值，由图得出支节的电纳为-j0.5310494.由图求出短路点距离支节接入点的电长度。
角度为（180°-56°）/2=62°5.再由TXLINE，输入角度值，算出微带线的参数。
北邮微波实验报告
信息与通信工程学院电磁场与微波技术实验报告实验二微带分支线匹配器实验目的1．熟悉支节匹配器的匹配原理2．了解微带线的工作原理和实际应用3．掌握Smith图解法设计微带线匹配网络实验原理1.支节匹配器支节匹配器是在主传输线上并联适当的电纳（或者串联适当的电抗），用附加的反射来抵消主传输线上原来的反射波，以达到匹配的目的。
单支节匹配器：调谐时，主要有两个可调参量：距离d和分支线的长度l。
匹配的基本思想是选择d，使其在距离负载d处向主线看去的导纳Y是0+B形式，即=0+B，其中0=1/0 。
并联开路或短路分支线的作用是抵消Y的电纳部分，使总电纳为0 ，实现匹配，因此，并联开路或短路分支线提供的电纳为−B，根据该电纳值确定并联开路或短路分支线的长度l，这样就达到匹配条件。
双支节匹配器：通过增加一支节，改进了单支节匹配器需要调节支节位置的不足，只需调节两个分支线长度，就能够达到匹配（注意双支节匹配不是对任意负载阻抗都能匹配的，即存在一个不能得到匹配的禁区）。
2.微带线微带线是有介质(>1) 和空气混合填充，基片上方是空气，导体带条和接地板之间是介质，可以近似等效为均匀介质填充的传输线，等效介质电常数为，介于1和之间，依赖于基片厚度H和导体宽度W。
而微带线的特性阻抗与其等效介质电常数为、基片厚度H和导体宽度W有关。
实验内容已知：输入阻抗 Zin=75Ω负载阻抗 Zl=（64+j35）Ω特性阻抗 Z0=75Ω介质基片εr=2.55，H=1mm假定负载在2GHz时实现匹配，利用图解法设计微带线单支节和双支节匹配网络，假设双支节网络分支线与负载的距离d1=1/4λ，两分支线之间的距离为d2=1/8λ。
画出几种可能的电路图并且比较输入端反射系数幅度从1.8GHz至2.2GHz的变化。
实验步骤1．根据已知计算出各参量，确定项目频率。
3．设计单枝节匹配网络，在图上确定分支线与负载的距离以及分支线的长度，根据给定的介质基片、特性阻抗和频率用TXLINE计算微带线物理长度和宽度。
微带天线的设计和阻抗匹配
微带天线的设计和阻抗匹配微带天线是一种广泛应用于无线通信领域的新型天线。
它具有体积小、重量轻、易于集成等优点，因此特别适合于现代通信系统的应用。
本文将详细介绍微带天线的原理、设计思路、阻抗匹配方法以及实验验证等方面的内容。
微带天线是在介质基板上制作的一种天线。
它主要由辐射元和传输线组成，通过在介质基板上印制金属导带，形成辐射元和传输线，利用电磁波的辐射和传播特性实现天线的功能。
由于辐射元和传输线都印制在介质基板上，因此微带天线具有体积小、重量轻、易于集成等优点。
选择合适的介质基板，根据需要选择介电常数、厚度、稳定性等参数；在介质基板上印制金属导带，形成辐射元和传输线；根据设计要求，对金属导带进行形状和尺寸的调整；为提高天线的性能，需要进行阻抗匹配等调试；选取合适的材料：根据应用场景和设计要求，选择合适的介质基板和金属材料；设计形状和尺寸：根据天线设计的原理，设计合适的辐射元和传输线形状，以及其尺寸大小；考虑天线的抗干扰能力：为提高天线的性能，需要采取措施提高天线的抗干扰能力，如设置保护区、采用滤波器等。
微带天线的阻抗匹配是实现天线高效辐射的关键环节。
通常情况下，微带天线的阻抗不是纯电阻，而是具有一定的电抗分量。
为了使天线与馈线之间实现良好的阻抗匹配，通常采用以下方法：改变馈线的特性阻抗：通过调整馈线的几何形状、材料等参数，改变馈线的特性阻抗，使其与天线的阻抗相匹配；添加电阻、电容等元件：在馈线与天线之间添加适当的电阻、电容等元件，以调整天线的阻抗，实现阻抗匹配；采用分步匹配：通过在馈线与天线之间设置适当的阶梯状阻抗，逐渐接近天线的阻抗，从而实现良好的阻抗匹配。
为了验证微带天线的性能和阻抗匹配的效果，通常需要进行实验测试。
实验测试主要包括以下步骤：搭建测试平台：根据需要搭建测试平台，包括信号源、功率放大器、接收机等；连接测试平台：将微带天线与测试平台连接，确保稳定的信号传输；调整阻抗匹配：根据实验结果，对天线的阻抗匹配进行微调，以获得最佳的性能；进行测试：在不同的频率、距离等条件下进行测试，收集数据并进行分析；结果分析与讨论：根据实验数据进行分析和讨论，评估微带天线的性能和阻抗匹配的效果。
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微帶線基本理論
由柯希荷夫電流定律可得：
I ( z z ) I ( z ) V ( z z )(G jC )z I ( z z ) I ( z ) V ( z z )(G jC ) z dI ( z ) V ( z )(G jC ) (1-1b) dz
2 Zo Zin Z L
Zo Zin Z L 50 150 86 .6
: /4轉阻器所需之特性阻抗
1-30
/4轉阻器匹配網路
c 3 1011 mm 66.81mm 再利用 9 f eff (2.4 10 ) 3.5
求出 / 4 16.7mm for FR 4 Substrate
z l
Vo (e jl e jl ) Z L Z o j tan( l ) Z o j l j l Vo (e e ) Z o Z L j tan( l )
(1-7)
1-18
終端加負載的傳輸線輸入阻抗
其中：
ZO：傳輸線特性阻抗。 ZL：負載阻抗。 l：距離負載的長度。 ：波數(2/) 。
第一章 微帶線匹配網路設計原理
逢甲大學通訊系 何 滿 龍 博士
大 綱
微帶線基本理論
反射係數之關係式 終端加負載的傳輸線輸入阻抗 傳輸線輸入阻抗與長度及負載之關係
阻抗匹配之意義
1-2
大綱
設計實例
/4轉阻器匹配網路 單端與雙端短路匹配網路 單端與單端扇形開路匹配網路 /8與3/8單端開路匹配網路
而電壓與電流產生變化的原因是因為兩位置間微 帶線的等效電阻及電感與電容及電導效應所造成， 如圖1-2所示。
1-6
微帶線基本理論
I (z )
+
R
L
I ( z z )
C V ( z z )
+
V (z )
-
R
z
z z
圖1-2 微帶線電壓與電流及位置之間的關係
1-7
微帶線基本理論
利用電子電路的暫態分析方法，我們可將電壓與 電流相對於位置的關係寫成式(1-1)所示之一階微 分方程式：
隨著工作頻率的上升，信號之波長將不再遠大於 電路板上傳輸線之長度，而會接近傳輸線結構的 倍數，所以傳統的電路理論無法有效的說明其電 壓與電流變化的關係以及電壓與電流與位置之間 的關係。
1-5
微帶線基本理論
傳輸線理論即在闡述電壓與電流及位置間的關係。
令電壓與電流在位置 z 時為V(z) 與 I(z)，當電波 行進一段距離 (z+z) 後，電壓與電流分別產生 V(z+z)、I(z+z)的變化。
方程式：
d V ( R jL)(G jC )V 0 2 dz d I ( R jL)(G jC )V 0 2 dz
2 2
(1-2a)
(1-2b)
1-11
微帶線基本理論
利用解微分方程之觀念我們可求得式(1-2)的解：
V ( z ) Vo e z Vo e z
1-14
反射係數之關係式
當考慮一條傳輸線，並在其終端(z=0) 接上一個負
載元件ZL時，則在傳輸線上的電壓與電流可以表 示為V(z)與I(z) ，如圖1-3所示：
I (z )
+
V (z )
-
ZL
z0
z l
z
圖1-3 傳輸線有負載時電壓與電流與位置之間的關係
1-15
反射係數之關係式
由圖1-3所示，且其負載阻抗可以由式(1-5)來表示：
範例電路實測結果討論
1-3
微帶線基本理論
微帶線基本理論
反射係數之關係式 終端加負載的傳輸線輸入阻抗 傳輸線輸入阻抗與長度及負載之關係
1-4
微帶線基本理論
傳統的電子電路設計中，因為其操作頻率不高， 即信號之波長遠大於電路板上傳輸線之長度，所 以於設計上我們可以不考慮訊號在傳輸線上傳輸 時起點與終端的差異。
由柯希荷夫電壓定律可得：
V ( z z ) V ( z ) I ( z )( R jL)z V ( z z ) V ( z ) I ( z )( R jL) z dV ( z ) I ( z )( R jL) dz
(1-1a)
1-8
則式(1-3)可重寫為：
V ( z ) Vo e jz Vo e jz
I ( z ) (Vo e jz Vo e jz ) Z o
(1-4a) (1-4b)
其中：
LC ：傳播常數
Zo
L C
：帶線之特性阻抗
1-13
微帶線基本理論
式(1-4)所示即為一條無損耗之傳輸線上電壓及電 流與位置間之關係式。 接下來我們將以式(1-4)為基礎來推導出反射係數 之關係式與終端加負載後的傳輸線其輸入阻抗與 線長間之關係式。
單端短路殘段匹配網路
解:
首先利用50 的傳輸線l1 將150 的負載阻抗 (yL=0.33)轉至y=1的等電導圓上yB=1+j1.165， 再利用單端短路之微帶線將yB轉至yO=1，如 圖1-6所示。由圖1-6可知:
l1 0.1625 0.1625 66.81mm 10.86 mm
(1-3a) (1-3b)
Vo z Vo z I ( z) e e Zo 其中： Z o
j ( R jL)(G jC )
( R j L ) Zo ：微帶線之特性阻抗 (G jC )
：傳播常數
1-12
微帶線基本理論
若我們假設傳輸線為無損耗(Lossless)，即R=G=0，
V ( z) ZL I ( z)
z 0
Vo e jz Vo e jz j z (Vo e Vo e jz ) Z o
z 0
Vo (1 ) (1 ) Zo Zo (1 ) Vo (1 )
(1-5)
其中：
Vo Vo ：反射係數
1-26
阻抗匹配之意義
在高頻電路設計中，阻抗匹配是很重要的一環。
從直流電路的基本理論中可知，若信號源的電阻
與輸出之負載電阻相同時，就可在輸出端得到最 大的功率輸出。
但在交流電路中，除了電阻，尚有電容、電感等
電抗性元件，故若要求得最大功率輸出，除了兩 端的電阻相等外，還需信號源的電抗與負載的電 抗互成共軛才行。
傳輸線輸入阻抗與長度及負載關係
當ZL=∞； l = (3/8)：
Z in jZo
(1-14)
上式所顯示之特性為：一條終端開路的3/8 傳輸 線，其特性如同一個電感性元件 ，所以我們可以 利用一條開路的3/8微帶線替代一個並聯的電感 元件 ，而其電感抗之值是由微帶線之特性阻抗值 來決定。
1-16
反射係數之關係式
由式(1-5)我們即可求得反射係數與負載阻抗及特
性阻抗間之關係式：
Z L Zo L Z L Zo
(1-6)
1-17
終端加負載的傳輸線輸入阻抗
由圖1-3所示，加了負載後的傳輸線輸入阻抗可由 式(1-7)來獲得：
V ( z) Vo e z Vo e z Z in z I ( z ) z l (Vo e Vo e z ) Z o
4
Z in
Zo
ZL 150
圖1-4 /4轉阻器示意圖
1-31
單端短路殘段匹配網路
試設計頻率於2400 MHz之單端短路殘段匹配網路，
如圖1-5所示，使ZL=150 之負載阻抗匹配至 Zin=50 處。
l1
Z in
Zo
ZL 150
l2 Zo
圖1-5 單端短路殘段匹配網路示意圖
1-32
1-23
傳輸線輸入阻抗與長度及負載關係
當ZL= ∞ ：
(1-12)
Z o j tan( l ) Z in Z o jZo cot( l ) Z o j tan(l )
2n 1 n l 其中： 4 2
n 1, 2,....
上式所顯示之特性為：一條終端開路的傳輸線， 其特性就如同一個電容性元件一樣，因此我們就 可利用一條開路的微帶線替代一個並聯的電容元 件，此外在Smith圖上之軌跡為以順時鐘方向移動。
1-9
微帶線基本理論
其中：
V(z)：表示位於微帶線位置 z 之電壓大小。 V(z+z)：表示位於微帶線位置(z+z)之電壓大小。 I(z)：表示位於微帶線位置 z 之電流大小。 I(z+z)：表示位於微帶線位置(z+z)之電流大小。
1-10
微帶線基本理論
由式(1-1a)與式(1-1b)我們可推導出傳輸線的波動
Smith圖中是沿著等VSWR圓依順時針方向走。
1-28
二、設計實例
/4轉阻器匹配網路
單端與雙端短路匹配網路 單端與單端扇形開路匹配網路 /8與3/8單端開路匹配網路
1-29
/4轉阻器匹配網路
試設計頻率於2400 MHz之/4轉阻器，如圖1-4所
示，使ZL=150 之負載阻抗匹配至Zin=50 處。 解：由式(1-8)知
1-19
傳輸線輸入阻抗與長度及負載關係
由幾個結果：
當l = (/4)：
Z L Z o j tan( 2) 2 Z in Z o Z o Z in Z L Z o Z L j tan( 2)
(1-8)
上式所顯示之特性為：若已知輸入阻抗Zin與負載 阻抗ZL值的話，我們即可利用一條長度為/4、特 性阻抗為 Z o Zin Z L 的傳輸線來將輸入阻抗與負 載阻抗匹配，此傳輸線亦稱為轉阻器。