毫米波传输线-平面传输线
微波工程简介(上)
微波的范围（两种）f=c=3108 m/sec
300MHz 300GHz 1m-1mm
分米波 厘米波 毫米波
300MHz 3000GHz 1m-0.1mm
分米波 厘米波 毫米波
微波的波段代号
亚毫米波
3
《微波工程》
微波的特点（1）
似光性和似声性——
微波的波长很短，比地球上的一般物体的尺寸要小得多， 或在同一量级。使得微波的特点与几何光学相似，即所谓似 光性。因此使用微波工作，能使电路元件尺寸减少；使系统 更加紧凑；可以设计制成体积小、波束很窄、方向性很强、 增益很高的天线系统，接收来自地面或宇宙空间各种物体反 射回来的微弱信号，从而确定物体的方位和距离，分析目标 的特征。
频带宽，高频损耗大，且 在其中制作微波器件困难
➢ 金属波导（TE、TM）——
高功率容量，低损耗， 但体积大，价格高
➢
平面传输线（准TEM、TE、TM、表面波）——
形式多，紧凑，低价格， 易于与有源器件集成
传输线的发展
* 由双导线演变成波导
➢ 1893年，亥维赛考虑过利用波导传输电磁波的可能性
➢ 1897年，瑞利爵士在数学上证明了波在波导中是可以传播的
12
《微波工程》
2.1 传输线的集总元件电路模型
传输线的分布参数
v z, t
i z, t
➢ 分布电阻 R Ω m—电流流过导体时，导体发热产生损耗
➢ 分布电导 G S m—介质有损耗，因而存在漏电流带来的损耗
➢ 分布电感 L H m—电流流过导体在周围将产生磁场，表明导体具有电感
➢ 分布电容 C F m—导体之间的电压在周围产生电场，表明导体之间存在电容 一些常用传输线的分布参数（表2.1）
微波技术基础思考题
微波技术基础思考题1、微波是一般指频率从300M至3000GHz范围内的电磁波，其相应的波长从1m至0.1mm。
从电子学和物理学的观点看，微波有似光性、似声性、穿透性、非电离性、信息性等重要特点。
2、导行波的模式，简称导模，是指能够沿导行系统独立存在的场型，其特点是：（1）在导行系统横截面上的电磁波呈驻波分布，且是完全确定的。
这一分布与频率无关，并与横截面在导行系统上的位置无关；（2）导模是离散的，具有离散谱；当工作频率一定时，每个导模具有唯一的传播常数；（3）导模之间相互正交，彼此独立，互不耦合；（4）具有截止特性，截止条件和截止波长因导行系统和因模式而异。
3、广义地讲，凡是能够导引电磁波沿一定的方向传播的导体、介质或由它们组成的导波系统，都可以称为传输线。
若按传输线所导引的电磁波波形（或称模、场结构、场分布），可分为三种类型：（1）TEM波传输线，如平行双导线、同轴线、带状线和微带线，他们都是双导线传输系统；（2）TE波和TM波传输线，如矩形、圆形、脊形和椭圆形波导等，他们是由金属管构成的，属于单导体传输系统；（3）表面波传输系统，如介质波导（光波导）、介质镜象线等，电磁波聚集在传输线内部及其表面附近沿轴线方向传播，一般是TE或TM波的叠加。
对传输线的基本要求是：工作频带宽、功率容量大、工作稳定性好、损耗小、易耦合、尺寸小和成本低。
一般地，在米波或分米波段，可采用双导线或同轴线；在厘米波段可采用空心金属波导管及带状线和微带线等；在毫米波段采用空心金属波导管、介质波导、介质镜像线和微带线；在光频波段采用光波导（光纤）。
以上划分主要是从减少损耗和结构工艺等方面考虑。
传输线理论主要包括两方面的内容：一是研究所传输波形的电磁波在传输线横截面内电场和磁场的分布规律（也称场结构、模、波型），称横向问题；二是研究电磁波沿传输线轴向的传播特性和场的分布规律，称为纵向问题。
横向问题要通过求解电磁场的边值问题来解决；各类传输线的纵向问题却有很多共同之处。
精选微波技术基础知识
1、第三章、微波集成传输线常用集成传输线的种类和主要特点2、第四章介质波导和光波导
1、传播条件和波型2、特性阻抗3、波长，相速4、功率容量5、衰减
了解
微波集成传输线
微波集成传输线的最大特点是 平面化
五种重要的传输线：带状线（Stripline）微带线（Microstrip line）槽线（Slotline）鳍线（Finline）共面线（Coplanar line）
式中
微波集成传输线－带状线
带状线—优缺点和应用
1、改变线宽一个参数就改变电路参数（特性阻抗）。2、在馈线、功分器，耦合器，滤波器，混频器，开关的设计中，体积小，重量轻，大批量生产的重复性好。3、立体电路的设计，适用于多层微波电路，LTCC等，辐射小。4、封闭的电路，调试难。5、电路需要同轴或波导馈入，引入不连续性，需要在设计时补偿。6、在多层电路设计中，存在不同节点常数的介质之间的连接，介质与金属导体的连接，分析方法非常复杂，尤其对3D电路，尚缺少各种不连续性的模型和相关设计公式，采用全波分析法或者准静态场分析。
毫米波鳍线混频器
介质波导和光波导
当毫米波波段→亚毫米波段→太赫兹波段时普通的微带线将出现一系列新问题1）高次模的出现使微带的设计和使用复杂2）金属波导的单模工作条件限制了其横向尺寸不能超过大约一个波长的范围。这在厘米波段和毫米波低频段不成问题。但到毫米波高频段，单模波导的尺寸就显得太小，不仅制造工艺困难，而且随着工作频率的提高，功率容量越来越小，壁上损耗越来越大，衰减大到不能容忍的地步。因此，对毫米波段的高端及来说，封闭的金属波导已不再适用。于是，适合于毫米波高频段、亚毫米波的传输线 —— 介质波导等非封闭式的传输线（或称开波导）便应运而生
微波集成传输线－微带线
Ka波段脊波导到微带过渡器的设计
图 1 单脊波导的几何参数 其中，x=d /b，Cd 为脊波导中的 不均匀电容。而 a、b、s、d 为脊波导的几 何参数，参见图 1。ε为波导中的介质的介 电常数。 当脊波导工作在单模 TE10 模时，可 按电压、电流定义特性阻抗，脊中心的电 压 U = E 0 d ，电流为波导底面的纵向电 流。忽略高次模影响，由金属波导的边界 条件。通过求解麦克斯韦方程，得到场分 布，从而得到特性阻抗，结果为：
参考文献 ［１］ Ｈｕｉ－ｗｅｎ Ｙａｏ， Ａｍｒ， Ｊ－Ｆｕｈ Ｌｉａｎｇ， “Ａ Ｆｕｌｌ Ｗａｖｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ－ｔｏ－ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ，” ＩＥＥＥ ＭＴＴ－Ｓ， Ｖｏｌ．１， ｐｐ． ２１３－２１６， Ｍａｙ １９９４． ［２］ ｖａｎ Ｈｅｕｖｅｎ， Ｊ．Ｈ．Ｃ， “Ａ Ｎｅｗ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ－ Ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ，” ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ， Ｖｏｌ．２４， ｐｐ． １４４－１４７， Ｍａｒ １９７６． ［３］ Ｙｉ－Ｃｈｉ Ｓｈｉｈ， Ｔｈｕｙ－Ｎｈｕｎｇ Ｔｏｎ， ａｎｄ Ｌｏｎｇ Ｑ． Ｂｕｉ， “Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ－ｔｏ－ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ－ｗａｖｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，” ＩＥＥＥ ＭＴＴ－Ｓ， Ｖｏｌ． １， ｐｐ． ４７３－４７５， Ｍａｙ １９８８． ［４］ Ｙｏｋｅ－Ｃｈｏｙ Ｌｅｏｎｇ， Ｓａｎｄｅｒ Ｗｅｉｎｒｅｂ， “Ｆｕｌｌ Ｂａｎｄ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ－ｔｏ－ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ Ｐｒｏｂｅ Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｓ，” ＩＥＥＥ ＭＴＴ－Ｓ， Ｖｏｌ．４， ｐｐ． １４３５－１４３８， Ｊｕｎｅ １９９９． ［５］ Ｓ．Ｌｌｏｒｅｎｔｅ－Ｒｏｍａｎｏ， Ｂ．Ｐ．Ｄｏｒｔａ－Ｎａｒａｎｊｏ， Ｆ． ｐｅｒｅｚ－Ｍａｒｔｉｎｅｚ， Ｍ．Ｓａｌａｚａｒ－Ｐａｌｍａ， “Ｋａ－ｂａｎｄ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ－ｔｏ－ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ，” ＩＥＥＥ， Ｖｏｌ．３， ｐｐ． ４０４－４０７， Ｊｕｎｅ ２００２ ［６］ Ｈｏｐｆｅｒ Ｓ． Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｒｉｄｇｅｄ ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ． ＩＲＥ Ｔｒａｎｓｓｃｔｉｏｎｓ ｏｎ ＭＴＴ １９９５，Ｏｃｔｏｂｅｒ，２０． ［７］吴万春，甘本拔．现代滤波器的结构与 设计［Ｊ］． 北京：科学出版社． １ ９ ７ ４ ． 作者简介 张洪林（1 9 8 2 - ）， 男 ， 硕 士 生 ， 专 业 方向：电子与通信工程。
11个基础知识点了解传输线
11个基础知识点了解传输线1.什么是传输线？传输线：用来引导传输电磁波能量和信息的装置。
传输线的基本要求：传输损耗小，传输效率高；工作带宽宽等低频时，使用普通的双导线就可以完成传输；高频时，因工作频率的升高，导线的趋肤效应和辐射效应的增大，使得在高频和高频以上的必须采用完全不同的传输形式。
2.对传输线的要求？工作带宽和功率容量满足工作频率的最小要求、稳定性好、损耗小、尺寸小和成本低。
实际工作中：米波或分米波采用双导线或同轴线；厘米波范围内采用空心金属波导管、微带线或带状线等；毫米波范围采用空心金属波导管、介质波导、介质镜像线或微带线；光频段波采用波导（光纤）；3.什么是传输线模型？以TEM导模的方式传送电磁波能量或信号的行系统。
传输线在电路中相当于一个二端口网络，一个端口连接信号源，通常称为输入端，另一个端口连接负载，称为输出端。
特点：横向尺寸<<工作波长结构：平行双导线4.为什么要用传输线理论？工作在高频时，必须要考虑传输距离对信号幅度相位（频域）和波形时延（时域）的影响。
它是相对于场理论，简化了的模型。
不包括横向（垂直于传输线的截面）场分布的信息，保留了纵向（沿传输线方向）的波动。
对于许多微波工程中各种器件，运用传输线理论这种简单的模型可以进行较有效和简洁的计算，帮助分析工程问题。
A.首先要知道两个概念长线：指传输线的几何尺寸和工作波长的比值≥0.05；短线：几何长度与工作波长相比可以忽略不计≤0.05。
长线我们用分布参数来分析；短线我们用集总参数分析。
B.与电路理论和场理论的区别：电路理论<传输线理论<场理论电路理论：基尔霍夫定律+电路元件计算速度快；可靠度低，应用范围受限场理论：麦克斯韦方程组+边界条件逻辑上严谨，计算复杂，计算速度慢传输线理论：“化场为路”分布参数电路理论，它在场分析和基本电路理论之间架起了桥梁。
从传输线方程出发，求出满足边界条件的电压、电流的波动方程解，得出沿线等效电压、电流表达式分析其特性。
微波毫米波技术基本知识
PHEMT有更高的功率，成为毫米波功率器件的主 流。
HBT效率高，1/f相噪低, InP基HBT振荡管工作频 率已达138GHz。
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毫米波MMIC
82年第一只Ka 波段MMIC二极管混频器问世以来， MMIC品种迅速增多，性能改善，工作频率提高： 美国TRW和Hughes公司InP基MMIC工作频率已超过 250GHHz。 TRW公司InP HEMT 功率MMIC：
可以说，DGS是PBG的一种特例。
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四、国外毫米波器件和系统应用
现代武器装备的需求促进了毫米波技术 的发展，毫米波技术发展的需要又带动 了半导体和微电子电路技术和工艺的进 步，使毫米波技术成为当今一门知识密 集的综合性技术学科，国外毫米波设备 快速发展，每年以30%-40%的速度增长， 成为军事电子领域的“ 朝阳”产业。
★微波电路的小型化，特别是三维电路的发展 不仅以先进的电路制造工艺为基础，而且依赖 计算电磁学和商用电磁仿真软件的迅速发展。
★随着射频集成电路（RFIC）、单片集成电路 （MMIC）和超大规模集成电路（VLSI）技术 的迅速发展，低成本、高性能的高速数字、射 频、微波和毫米波集成电路和系统的互连和封 装成为重要的理论和工艺技术课题。
商用CAD软件应运而生。
Ansoft公司 软件 ：designer和HFFS
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计算电磁学及其应用
★随着集成密度的增加和工作频率的提高，设计者 必须认真对待互连和封装中的各种电磁效应问题， 如电路间的互耦，寄生谐振，电磁干扰和电磁兼容 性等问题。
★在电磁场与微波技术学科中，以电磁场理论为基 础，以高性能计算技术为手段，运用计算数学提供 的各种方法，诞生了一门解决复杂电磁场理论和工 程问题的应用科学－计算电磁学(computational electromagnetics)
毕业设计(论文)-w频段分谐波混频器设计[管理资料]
![毕业设计(论文)-w频段分谐波混频器设计[管理资料]](https://img.taocdn.com/s3/m/cdc099a1f01dc281e43af00f.png)
1 绪论W频段分谐波混频器是3mm射频接收系统的重要组件，其各项指标直接影响整个射频接收系统性能，研制性能良好的分谐波混频器成为提高整个系统性能的必然要求。
本课题的研究背景和意义研究背景自1873年Maxwell发表《电磁学通论》以来，人们为充分利用电磁资源，在拓宽频谱方面做了大量工作。
40年代至今，微波在电子武器发展过程中，包括军用和民用系统中都是最为活跃和最富成果的应用技术之一[1]。
制导、雷达、导航、电子战、通信以及众多的民用系统已涉及国民经济的各个部门。
从技术和工艺角度来看，微波技术目前已十分成熟，尤其是本世纪70年代和80年代期间发生的一场重大变革，又把微波技术推向了一个新的高峰。
这就是，固态器件和微波集成电路的发展导致了微波元部件乃至整个微波系统的小型化和轻量化[2]。
其中作为传输媒介的平面传输线的应用，在减小电路之间的寄生影响和电路多余接口方面起到了明显的推动作用。
研究意义近10多年来，用户剧增使微波频谱出现拥挤，加之精确武器系统的发展要求，就促使人们把系统的工作频率向上延伸，从而导致毫米波（Millimeter Wave）频率的利用。
毫米波是波长介于1-10mm的电磁波谱，对应频率范围300-30GHz。
在电磁波谱中，毫米波低端与微波相连，高端与红外、光波相接，其领域兼容微波、光波两门技术学科的理论和技术，所以逐渐发展成为一门知识密集和技术密集的综合性分支学科。
毫米波的特点是波束窄、保密和抗干扰能力强、容量大、容易实现图像、数字兼容，数模兼容。
毫米波技术在通信、雷达、制导、遥测遥感、电子对抗、频谱学及生物效应等多种领域得到越来越广泛的应用[3]。
毫米波半导体器件及平面传输线构成的毫米波集成电路以其小型化、重量轻、耗能少的优点，因毫米波技术的进步而迅速发展。
随着计算机技术的广泛运用及半导体技术的飞速发展，微波毫米波电路在理论上有了长足的进步，性能优良的微波毫米波器件也不断出现。
在各类毫米波系统中，，接收机中的第一级主要由混频器承担。
波导传输线理论课件
新型材料与工艺在波导传输线中的应用
要点一
新材料
要点二
新工艺
采用新型材料如碳纳米管、石墨烯等可以改善波导传输线 的性能，提高传输效率、减小损耗等。未来需要研究如何 实现新材料在波导传输线中的稳定制备和性能优化。
采用新型工艺如纳米压印、微纳加工等可以减小波导传输 线的尺寸、降低成本，提高集成度。未来需要研究如何实 现新工艺的稳定性和可重复性，以及在波导传输线制作中 的广泛应用。
矩形波导具有全封闭的结构， 能够提供良好的电磁场隔离， 减少外部干扰和辐射损耗。
在矩形波导中，电磁波的能量 主要集中在波导内部，传输过 程中能量损失较小。此外，矩 形波导的截止频率和传播常数 等参数可以通过调节其尺寸来 控制。
圆波导
总结词
圆波导是一种特殊类型的波导，其横截面呈圆形。
总结词
圆波导的优点在于其封闭性和均匀性，能够提供 较好的电磁场隔离和传输稳定性。
波导传输线理论课件
目录
PART 01
波导传输线概述
定义与特点
定义
波导传输线是一种用于传输电磁 波的结构，通常由两个平行的金 属板或导电壁构成。
特点
具有定向传播电磁波的特性，能 够控制电磁波的传播方向和模式， 常用于微波和毫米波频段的信号 传输和能量传输。
波导传输线的历史与发展
历史
波导传输线最早可以追溯到19世纪 末，随着无线电和雷达技术的发展， 波导传输线逐渐得到广泛应用。
• 总结词：光纤波导的优点在于其传输速度快、带宽大、抗电磁干扰性能好和保密性强。 • 详细描述：光纤波导的尺寸通常用纤芯直径d来表示，其截止频率和传播常数等参数与纤芯直径、折射率和涂覆层厚度有关。在某些应用中，光纤波导还可以通过弯曲来改变传输方向。
毫米波半导体器件的开发成绩骄人
ＭＭＩ Ｃ放大器放大后分成两路， 分别作为平衡下混频器 成模块。平衡混频器包括 １个微带环行功率分配器、２ 和上变频器的本振信号 。来 自 接收天线的 Ｒ Ｆ信号在平 个｛频二极管 、 个射频扼流、１ 昆 ２ 个低通滤波器和 ２ 个匹
衡 混频器 中
配支节。前置中频放大器用低噪声单片放大器实现。
用的二端 固态器件仍 为雪崩管和耿 氏管，但固涉及与
＠
ｊ
一
维普资讯
ｉ ＾ Ｉ骞 ０置Ｉ曲 ｃ ０一 ｌ ｃ 组成， 每个模块具有独立的功能， 可以单位测试， 通过渡 压 电路中接有旁路 电容器 。 放大器输出端为功率分配器，
导隔离连接成 ＴＲ前端 。 ／ ／ ＴＲ前端的组成如图 １ 相位锁 采用串联 Ｅ面 Ｔ型接头功率分配器 ｜ 。 蛄构紧凑， 便于加工。 定的ｘ漉段信号经四倍频产生 Ｋ 波段 信号 然后由 Ｆ Ｔ 且 Ｅ 平衡混频器和前置中频放大器组合在一个腔体内构
敏度和动态范围。除了大型基站要求较高功率外， 一般 毫米渡通 是单面电路． 在工艺上制作简单， 成本低。 线的屏蔽盒尺 量钒 可甩固态器件 寸通常与标准矩形波导—样，很容易实现从鳍线到标准 实现 ８ ０年代前的通信机固态功率源以耿 氏管 （ｍｎ Ｇ ） 矩形波导的过渡。鳍线具有很宽 的单值带宽， 能制成极 和雪崩管 （ Ａ Ｔ Ｉ Ｔ ）为主； ０ ＭＰ ８ 年代后期， Ｆ Ｔ为代表 以 Ｅ 宽频带的鳍线器件， 也容易与性能优良的金属插入 Ｅ面 的三端器件 以及 ＭＭＩ 技术有了长足进步，混合集成 Ｃ （ ＭＩ）和单片集成电路 Ｏ Ｈ Ｃ 心Ⅲｃ ）在军用通信机 中得到 广泛应用。Ｈ Ｃ是将平面或准平面传输线， ＭＩ 如微带线 、 传输线组合能 实现性能优 良的毫米波器件。 Ｋ 波段混合集成前端利用微带、 ａ 悬置带和鳍线等平
微波技术基础简答题整理
对于电场线，总是垂直于理想管壁，平行于理想管壁的分量为 对于磁场线，总是平行于理想管壁，垂直于理想管壁的分量为 （ P82）
0 或不存在； 0 或不存在。
2-10. 矩形波导的功率容量与哪些因素有关？ 矩形波导的功率容量与波导横截面的尺寸、模式（或波形） 导中填充介质的击穿强度等因素有关。 （P90）
工作波长 λ，即电磁波在无界媒介中传输时的波长， λ与波导的形状与尺寸无关。 截止波数为传播常数 γ等于 0 时的波数，此时对应的频率称为截止频率，对应的 波长则称为截止波长。它们由波导横截面形状、尺寸，及一定波形等因素决定。 波长只有小于截止波长， 该模式才能在波导中以行波形式传输， 当波长大于截止 波长时，为迅衰场。
2-2. 试从多个方向定性说明为什么空心金属波导中不能传输 TEM模式。※
如果空心金属波导内存在 TEM 波，则要求磁场应完全在波导横截面内，而且是 闭合曲线。 由麦克斯韦第一方程， 闭合曲线上磁场的积分应等于与曲线相交链的 电流。由于空心金属波导中不存在沿波导轴向（即传播方向）的传到电流，所以 要求存在轴向位移电流，这就要求在轴向有电场存在，这与 TEM 波的定义相矛 盾，所以空心金属波导内不能传播 TEM 波。
按损耗特性分类： （ 1）分米波或米波传输线（双导线、同轴线） （ 2）厘米波或分米波传输线（空心金属波导管、带状线、微带线） （ 3）毫米波或亚毫米波传输线（空心金属波导管、介质波导、介质镜像线、微 带线） （ 4）光频波段传输线（介质光波导、光纤）
1-3. 什么是传输线的特性阻抗，它和哪些因素有关？阻抗匹配的物理实质是什 么？
4-5. 微波谐振器的两个主要功能是 储能 和选频 。
4-6. 无耗传输线谐振器串联谐振的条件是 Zin =0，并联谐振的条件是 Zin =∞。
固态电子器件答案
固态电子器件答案【篇一：微波固态电路复习题】1. 微波是指频率在（300mhz~300ghz）范围内的电磁波，对应的波长范围为（1mm~1m）。
2. ku波段是指频率在（12ghz~18ghz）范围内的电磁波，对应的波长范围为（2.5~1.67cm）。
vhf波段是指频率在（0.1ghz~0.3ghz）范围内的电磁波，对应的波长范围为（300~100cm） uhf波段是指频率在（0.3ghz~1ghz）范围内的电磁波，对应的波长范围为（100~30cm）s波段是指频率在（2ghz~4ghz）范围内的电磁波，对应的波长范围为（15~7.5cm）c波段是指频率在（4ghz~8ghz）范围内的电磁波，对应的波长范围为（7.5~3.75cm）3. 在大气中，影响微波/毫米波传播的主要是（氧分子）和（水分子），由于气体的（谐振）会对微波/毫米波产生（吸收）和（散射）。
4.毫米波的四个大气“窗口”是（35ghz）、（94ghz）（140ghz）（220ghz）。
简答题1. 简述微波电路的发展历程由最初的电子管向固态化发展，由大型元件向小型元件、集成电路、器件方向发展，同时开发新系统。
目前微波技术的发展趋势是朝小型化、高集成化、高可靠、低功耗、大批量应用方向发展。
2. 什么是mmic利用半导体批生产技术，将电路中所有的有源元件和无源元件都制作在一块砷化镓衬底上的电路称为微波单片集成电路。
第2章选择与填空题1. 列举几种常用的平面传输线（微带线、悬置式微带线、倒置式微带线、带线、槽线、共面波导、鳍线）2. 微带线主要传输的模式是（准tem），带线的传输主模是（tem）11. 槽线的传输模式是（te模）。
12. 共面波导的传输模式是（准tem模）。
8. 鳍线的传输模式是（te与tm模式组成的混合模）。
3. 微带线最高工作频率的影响因素有（寄生模的激励、较高的损耗、严格的制造公差、处理过程中的脆性、显著地不连续效应、不连续处的辐射引起低的q值）（列举四个即可）4. 定向耦合器常用表征参量有（耦合度、方向性、隔离度）7. 耦合器的耦合度的定义是（c= 10lgp1/p3 = 20lg|s31| db ）。
第一章 传输线理论
第一章传输线理论1-1.什么叫传输线？何谓长线和短线？一般来讲，凡是能够导引电磁波沿一定方向传输的导体、介质或由它们共同体组成的导波系统，均可成为传输线；长线是指传输线的几何长度l远大于所传输的电磁波的波长或与λ可相比拟，反之为短线。
（界限可认为是l/λ>=0.05）1-2.从传输线传输波形来分类，传输线可分为哪几类？从损耗特性方面考虑，又可以分为哪几类？按传输波形分类：（1）TEM（横电磁）波传输线例如双导线、同轴线、带状线、微带线；共同特征：双导体传输系统；（2）TE（横电）波和TM（横磁）波传输线例如矩形金属波导、圆形金属波导；共同特点：单导体传输系统；（3）表面波传输线例如介质波导、介质镜像线；共同特征：传输波形属于混合波形（TE波和TM 波的叠加）按损耗特性分类：（1）分米波或米波传输线（双导线、同轴线）（2）厘米波或分米波传输线（空心金属波导管、带状线、微带线）（3）毫米波或亚毫米波传输线（空心金属波导管、介质波导、介质镜像线、微带线）（4）光频波段传输线（介质光波导、光纤）1-3.什么是传输线的特性阻抗，它和哪些因素有关？阻抗匹配的物理实质是什么？传输线的特性阻抗是传输线处于行波传输状态时，同一点的电压电流比。
其数值只和传输线的结构，材料和电磁波频率有关。
阻抗匹配时终端负载吸收全部入射功率，而不产生反射波。
1-4.理想均匀无耗传输线的工作状态有哪些？他们各自的特点是什么？在什么情况的终端负载下得到这些工作状态？（1）行波状态：0Z Z L =，负载阻抗等于特性阻抗（即阻抗匹配）或者传输线无限长。
终端负载吸收全部的入射功率而不产生反射波。
在传输线上波的传播过程中，只存在相位的变化而没有幅度的变化。
（2）驻波状态：终端开路，或短路，或终端接纯抗性负载。
电压，电流在时间，空间分布上相差π/2，传输线上无能量传输，只是发生能量交换。
传输线传输的入射波在终端产生全反射，负载不吸收能量，传输线沿线各点传输功率为0.此时线上的入射波与反射波相叠加，形成驻波状态。
微带传输线
w w w = 2π = ω0 wL PLT PL
1 1 1 1 1 1 = + = + + Q Q0 Qr Qc Qd Qr
品质因数随基片厚度的变化情况
对一个给定频率，存在一个 使Q值最大的最佳基片厚度hopt f↑,εr↓→hopt↓
f↑,εr↑,h↓→αT↑
f↑,εr↑,h↓→αT↑
功率容量
功率容量
平均功率容量
主要受限于导体损耗和介质损耗引起的热效应
峰值功率容量
主要受限于基片介质击穿效应
波导和同轴线可用于高功率，微带一般只能用 于中小功率电路
品质因数
Q值是描述谐振系统的频率选择性和能量损耗 程度的物理量
Q 2π
w为谐振时的储能，wL为一个周期内的损耗能量， PL为一个周期内的平均损耗功率
准静态法将准TEM模按TEM模考虑，忽略了色 散模，即TE和TM模，要求w,h<<λ，因此只 在较低频率时适用 在毫米波频段，类微带线传输的是TE+TM混 合模，色散影响较为显著，采用准静态法的误 差很大，但可以在准静态分析结果的基础上作 修正
特性阻抗和有效相对介电常数 随w/h的变化情况
εr↑,w↑,h↓→εre↑,Zc↓
泛函的概念将准tem模按tem模考虑将特性阻抗的求解转化为静电容的求解建立gr对电容的变分表示式求泛函极值得到导体条带上的电荷分布从而得出电容值准静态分析步骤小结对奇偶模分别考虑对称耦合微带结构的准静态分析准静态法将准tem模按tem模考虑忽略了色散模即te和tm模要求wh因此只在较低频率时适用在毫米波频段类微带线传输的是tetm混合模色散影响较为显著采用准静态法的误差很大但可以在准静态分析结果的基础上作修正准静态法的限制特性阻抗和有效相对介电常数特性阻抗和有效相对介电常数随频率的变化情况近似公式通过与全波分析的结果比较确定近似公式的适用范围导体条带厚度的影响边缘电容33类微带线的特性阻抗和有效介电常数屏蔽外壳的作用实现电磁屏蔽增加机械强度便于密封安装接头屏蔽外壳影响可忽略的条件5时顶盖的影响可忽略屏蔽外壳的影响色散的程度微带的色散效应可忽略的频率上限频率对有效介电常数和特性阻抗的影响在准静态分析结果基础上作修正色散的影响损耗导体损耗很小可近似忽略34微带线的损耗功率容量和品质因数功率容量平均功率容量主要受限于导体损耗和介质损耗引起的热效应峰值功率容量主要受限于基片介质击穿效应波导和同轴线可用于高功率微带一般只能用于中小功率电路功率容量q值是描述谐振系统的频率选择性和能量损耗程度的物理量为一个周期内的平均损耗功率品质因数品质因数随基片厚度的变化情况与波导同轴线相比微带的q值通常要低一至二个数量级对一个给定频率存在一个使q值最大的最佳基片厚度hopt不连续性问题准静态分析全波分析基片的选择毫米波混合集成常选用较薄的低介电常数基片如rtduroid5880单片集成常选用高介电常数基片以便集成有源器件如ga或si35有关微带电路设计的其它问题毫米波电路尺寸小制造公差问题比较突出公差的影响低介电常数的薄基片允许的公差相对大一些最高工作频率受限于寄生模的激励过高的损耗严格的制造公差加工安装损坏严重的不连续效应辐射引起的q值降低制造工艺的限制频率上限频率上限的主要障碍是微带中准tem模与最低的最低次表面波寄生模之间的耦合二者不出现强耦合的最高工作频率为vendelin寄生模决定的频率上限150
毫米波电路中的几个关键问题：设计传输线、选择PCB板、性能优化
毫米波电路中的几个关键问题：设计传输线、选择PCB 板、性能优化在高频电路设计中，可以采用多种不同的传输线技术来进行信号的传输，如常见的同轴线、微带线、带状线和波导等。
而对于PCB平面电路，微带线、带状线、共面波导（CPW），及介质集成波导（SIW）等是常用的传输线技术。
但由于这几种PCB平面传输线的结构不同，导致其在信号传输时的场分布也各不相同，从而在PCB材料选择、设计和应用，特别是毫米波电路时表现出不同的电路性能。
本文将以毫米波下通用的PCB平面传输线技术展开，讨论电路材料、设计等对毫米波电路性能的影响，以及如何优化。
1. 引言几年前，毫米波电路还仅仅用于航天、卫星通信、通信回传等特殊专有的领域。
然而，随着无线通信技术的飞速发展，对更高的数据传输速率、更小的传输延迟、更宽的带宽等需求促使毫米波频段逐渐被用在移动通信覆盖例如，802.11ad WiGig，5G 等领域；随着主动安全驾驶和未来无人驾驶技术的发展，汽车对测距测速的要求越来越高，毫米波也被使用在如77GHz的汽车雷达领域。
但是，对于设计工程师来说，毫米波电路的设计与低频段射频电路设计存在着显著的不同。
毫米波频段下不同传输线技术的色散辐射或高次模、阻抗匹配、信号的馈入技术等都将直接影响电路最终的性能。
2. 常用传输线技术如图1中场力线分布，微带线与GCPW的信号传播方向上并不存在场分量。
但由于这两种传输线的电、磁场并不完全分分布于电介质中，有少部分场力线位于空气中；导致信号在电介质中与空气中传输的TEM波的相速不同，其分界面并不能完全实现相位匹配。
因此这两种传输线模式是准TEM波模式。
而带状线的场力线上下对称分布于中间层介质中，因此带状线的传输模式是TEM波模式。
图1 微带线，接地共面波导及带状线结构与场分布SIW (Substrate integrated waveguide) 是近年来讨论较多，介于微带与介质填充波导之间的一种新型传输线。
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2.2平面传输线
材料名称 表面粗糙 10GHz时的 介电常 导热率
应用与特点
度（um） 损耗正切（10-4） 数 （W/cm℃）
聚四氟乙烯
10~15
2.5~2.8
厘米波段MIC
纤维加强板
价格低，加工容易
氧化铝99% 2~15
2~5
9~9.5
0.3
厘米至毫米波段
蓝宝石
0.5~1
《毫米波理论与技术》讲义
2.2.1 微带线
➢微带线特性分析
微带线分析方法有两种： （1）准静态法 （2）全波分析法 把微带线的工作模式当作TEM模来分析，这种分析方法 称为“准静态分析法” 。 全波分析法是利用高等电磁理论，求满足完整Maxwell方 程式及边界条件的电磁场之解。
《毫米波理论与技术》讲义
• 1955年， ITT Ferearl Telecommunications Laborato ries（New Jersey）, 报道了多篇关于微带线的报道 ，IEEE transactions on Microwave Theory and Tech nique.
• 1960年，薄基片厚度的微带线流行。
毫米波传输线
2.1 引言 2.2 平面传输线 2.3 波导 2.4 鳍线
《毫米波理论与技术》讲义
2.1 引言
➢毫米波传输线的要求
损耗低； 弱色散，单模传输； 具备一定的功率容量； 成本低； 便于电路和系统集成； 体积小、重量轻。
《毫米波理论与技术》讲义
2.1 引言 ➢微波常用传输线
平行双线
同轴线
矩形波导
圆波导
《毫米波理论与技术》讲义
微带线
2.1 引言 ➢毫米波传输线
《毫米波理论与技术》讲义
2.1 引言
➢毫米波传输线分类
• 平面传输线
• 微带、悬置微带、倒置微带 • 共面波导、共面带线、槽线
• 准平面传输线
• 鳍线（准TE10）
• 金属波导
• 矩形波导 • 圆波导等
• 介质波导
• 矩形介质波导 • 介质镜像波导等
2.2.1 微带线
➢准静态分析：步骤1
假设介质不存在，金属导体之外到处都是空气，算 出其每单位长电容及电感分別为C0及L0，此时: 特性阻抗为
Z0a L0 / C0
相位传播常数为
0a L0C0
《毫米波理论与技术》讲义
20
2.2.1 微带线
• H波导、槽波导等
《毫米波理论与技术》讲义
2.2 平面传输线
平面传输线通常由介质基片、介质基片上的导带与金属接 地层组成，制备工艺包括厚膜工艺和薄膜工艺。
《毫米波理论与技术》讲义
2.2平面传输线
对基片材料的要求:
（1）较高的介电常数，使电路小型化？； （2）低损耗； （3）在给定的频率和温度范围内介电常数 稳定； （4）纯度高，性能一致性好； （5）表面光洁度高； （6）击穿强度高； （7）导热性好，以适用于较大的功率； （8）适应环境能力强。
1
9~9.5
0.4
毫米波MIC
高介陶瓷
1~2
20~80 0.01~0.05 用于小尺寸电路D来自roid2.2~4.0
毫米波MIC
石英
氧化铍
硅 砷化镓 磷化铟 碳化硅
0.1~0.5
2~10
1 1
1
1
10~100 6
3.8
0.01 毫米波MIC，但易
碎
6.6
2.5
导热好，用于功率
器件
12
1.5
MMIC
12.9
• 薄膜与厚膜工艺产品之差异分析
精度 镀层材料 镀层表面
设备 镀层附着 性 电路对准
薄膜工艺
高，<±1%
材料稳定度高
表面平整度高，误差 <0.3μm
成本高
无需高温烧结，不含 氧化物、附着性好
使用曝光显影，对准 性高
厚膜工艺
较低，<±10%
易受浆料影响
较差，误差 <3μm
成本低
易受基板材质影 响
易受丝网张力及 使用次数影响， 对准性较差
0.46
MMIC
14
0.68
MMIC
10
3.3
MMIC
《毫米波理论与技术》讲义
2.2平面传输线
性能： 超常的层间结合； 低吸水率； 增强的尺寸稳定性； 低Z轴膨胀； 频率使用范围稳定的介电常数； 增强的挠性强度。 应用：功率放大器；滤波器和连结器；无源元器件；天线。
《毫米波理论与技术》讲义
2.2平面传输线
薄膜工艺制备过程：
研磨抛光
基片处理
镀膜
金属层减薄
版图制作
图形放大 照相制版
光刻腐蚀
甩胶 曝光 腐蚀
接地/电镀
《毫米波理论与技术》讲义
接地金属化 电镀防护
2.2 平面传输线
微带线
平面传输线
带状线
悬置微带和倒 置微带
槽线与共面波导 《毫米波理论与技术》讲义
相速和波长 特性阻抗 衰减常数 功率容量 设计原则
《毫米波理论与技术》讲义
2.2平面传输线
对于金属材料的要求：
（1）高的导电率； （2）低的电阻温度系数； （3）对基片的附着性能好; （4）好的刻蚀性和可焊接性; （5）易于淀积和电镀。
《毫米波理论与技术》讲义
2.2平面传输线
材料 表面电阻率 趋肤深度 热膨胀系数 与介质
(f单位:Hz) 2GHz（μm） （10-8/℃） 附着力
银（Ag） 2.5
1.4
21
差
铜（Cu） 2.6
1.5
18
差
金（Au） 3.0
1.7
15
差
铝（Al）
3.3
1.9
26
差
铬（Cr） 4.7
2.7
9
好
钯（pd）
3.6
11
中
钽(Ta)
7.2
4.0
6.6
好
工艺方法
蒸发 电镀/蒸发/淀积
电镀/蒸发 蒸发 蒸发
蒸发/电镀/溅射 溅时
《毫米波理论与技术》讲义
2.2平面传输线
2.2.1 微带线
微带线目前是混合微波毫米波集成电路和单片微波毫米波 集成电路使用最多的一种平面型传输线。
微带线结构及内部场结构 《毫米波理论与技术》讲义
2.2.1 微带线
• 1952年， Grieg and Engelmann，首次发表关于微带 线的报道，“Microstrip-A New Transmission Techn ique for the Klilomegacycle Range”，IRE proceedi ng。
《毫米波理论与技术》讲义
2.2.1 微带线 微带线的构成
微带线由介质基片、介质基片 上的导带与金属接地层组成。
《毫米波理论与技术》讲义
2.2.1 微带线 微带线的分析方法
• 1952年时， Grieg and Engelmann采用分析方法基于平行双线 的准静态分析。
• 20世纪60年代，保角变换、格林函数、有限差分法等发展； • 1971年时，严格的场解方法已经能够计算色散特性。