第四章 微带

⑴导带厚度（t=0)为零时，特性阻抗计算公式：
Z0 30 b
r we 0.441b
w
w 0.35 b 0.35
we
0 w b b 0.35 b


w b
其中We为中心导带有效宽度。 ⑵导带厚度（t≠0)不为零时，特性阻抗计算公式：
Z0 30 4 1 8 1 ln 1 m m w bt 8 1 2 6.67 m
w 2
)
以上只是给定微带介质和尺寸，求微带线特性阻抗。相反 也可以给定特性阻抗和介质求微带线尺寸。 ⑶微带线损耗 导体损耗：尽量选择导电率高的导体板，厚度要大于趋肤深度。 介质损耗：尽量选择低损耗介质，一般导体损耗大于介质损耗。 辐射损耗：尽量选择高介电常数介质，电磁场主要集中在介质中。
微 带 线 结 构 与 参 数
微波技术
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第四章 微波集成传输线
由于双导体传输线（如平行双线、同轴电缆等）和波导 （矩形金属波导、圆柱形金属波导等）缺点是比较笨重，高 频下成本高，频带较窄等，同时又不便于集成化，这就促使 了微波技术与半导体器件及集成电路的结合 产生微波集 成电路。 微带线是微波集成电路的主要组成部分，它在微波电路 中用来连接各种元器件，来构成电容，电感，电桥等微波元 件。 微波半导体器件和平面传输线构成的微波集成电路(MIC) 以其小型化、重量轻和耗能少而受到重视，获得了迅速发展。
共面波导
0
r
槽线
r
0
r
介质波导
r
镜像线
鳍线
微 带 传 输 线 概 述
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0
r
H形波导
0
G形波导
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微波技术
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微带传输线是50年代发展起来的一类微波传 输线。 具有小型,轻量,频带宽,可集成等优点 （在小型化场合可取代双导线, 同轴线,波导来 构成微波集成电路）第一块微波集成电路是在 1965年制作成功的。它还可以构成电容,电感,谐 振器,滤波器等微波元件，因而得到广泛的应用。 与波导和同轴线相比，它也有一些缺点，主要是 损耗较大， Q值较低和功率容量小。因此，目前 它只适用于中小功率的微波系统中。
带 状 线 传 输 特 性 及 参 量
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r
w

m
bt
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微波技术 topic
2 w x x 0.0796 x 1 0.5 ln w 1.1x bt 1 x 2 x b n 1 2 2 x 3 1 x , x t b
导带
带状线
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微波技术
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横截面电场强度分布 两条带状线模型
带 状 线 模 型 及 电 场 分 布
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横截面电力线分布
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微波技术 topic
双 导 线 演 变 为 微 带 线 的 过 程
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由于导体内不存在电磁场。 所以A－A处金属板将2根导线间的 电磁场隔开。去掉一根导线，另 一根导体与金属板间的电磁场分 布将保持原来的结构。
接地板
微带
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微 带 传 输 线 概 述
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微波技术
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微波集成传输线一般具有平面结构，可以 通过调单一平面尺寸来控制其传输特性，从而 实现微波电路的集成化。
分类： ①准TEM波传输线，如微带传输线、共面波导等。 ②非TEM波传输线，如槽线、鳍线等。
n

带状线特性阻抗随w/b的增大而减小，而且 也随t/b的增大而减小。(b一定时，主要受中心 导带参数影响）当然也受εr影响 ⑶带状线损耗： 导体损耗：导电板电阻热损耗。 介质损耗：有耗介质产生的损耗。 辐射损耗：可忽Leabharlann Baidu。
带 状 线 传 输 特 性 及 参 量
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特
点
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微波技术
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一、带状线结构与原理
1、结构
E
H
同轴线上的电磁波分 部为横电磁波。
将同轴线外导体对称切开， 并拉直形成两对称接地板， 将中心导体压扁形成中心 导带。
填充介质 由于变形后的结构，其电磁场分 布将基本保持原来的结构，主要仍 接地板 是TEM波，存在少量TE或TM高次模， 故为准TEM传输模式。
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同 轴 线 演 变 为 带 状 线 的 过 程
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微 带 线 结 构 与 参 数
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尺寸满足：
w 0.4h 2 r h min , 2 4 r 1 r
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微波技术 topic ⑵当导带厚度不为零，即t≠0，通过修正w/h为we/h后，再通 过上面公式计算。
we h 1.25t 2x n 1 l h h t w w 2 1 h 2 1
1 2
h x 2w
h w
(t h, t
10
2w r 2b r
TM01 TE10 λc10 TEM
cTM
01
当自由空间入射波长λ满足：
cTE
10
λc01
2w r 2b r
cTM
01
带 状 线 传 输 特 性 及 参 量
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时高次模截止，带状线只能传输TEM主模。
故有
w
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reC0

L C0
1
re

Z 0a
re
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微波技术 topic 其中，Z0a为对应微带线充有空气时对应的特性阻抗，所以求 微带线特性阻抗转换为微带线被空气介质填充下的特性阻抗问题， 这就给求解带来方便。当然求解这一问题也需解麦克斯韦方程组， 这里就不具体求解了，只给出各种情况下的经验公式，或者通过 图形曲线求解。 ⑴当导带厚度为零，即t=0时有
b
2 r 2 r
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微波技术 topic
二、微带线结构与原理
A
-A
双导线上的电磁波分 部为横电磁波。A—A 为对称面
根据电力线与导体表面垂 直和磁力线与导体表面相 切的边界条件，在A—A处 放置一块金属薄板将不会 破坏双线传输线的电磁场 分布规律 介质与空气的交界面 导带
re
1 2 r 1 r 1 12h 2 w 1 0.0411 2 2 w h
Z0
60
re
w 8h ln , w 4h
其中
w h
1
微 带 线 结 构 与 参 数
微波技术 topic
1、结构
微带线的结构如图所示。它是由介质基片的一面为中心 导带,另一面为接地板所构成,其基片厚度为h,中心导带的宽 度为w。其制作工艺是先将基片(最常用的是氧化铝)研磨、 抛光和清洗,然后放在真空镀膜机中形成一层铬-金层,再利 用光刻技术制成所需要的电路,最后采用电镀的办法加厚金 属层的厚度,并装接上所需要的有源器件和其它元件,形成微 带电路。
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微波技术 topic 微带线经常使用的介质有聚四氯乙烯(εr=2.55)、氧化铝 (εr=10.0)和高价介电常数陶瓷材料等。介电常数越大，微波尺寸 可以越小。 可用微带结构构造各种无源器件（如电容、电感和滤波器等）。 ⑷微带线色散特性与尺寸选择
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微波技术 topic
⑷带状线的尺寸选择 因带状线中传输的是准TEM波，但仍有少量高次模 TM,TE传输，所以为抑制它在带状线中传输，需要选 择相应带状线尺寸为：
高次模截止波长
cTE
即
Cre Cr reC0
1 LCr 1 LCre
C0为空气介质填充下分布电容
1 L reC0 1 L reC0 v
等效前相速： V p 等效后相速：V p
re
v


re
微 带 线 结 构 与 参 数
可见替换前后电磁波传输相速保持相等。
而特性阻抗Z0：
Z0 L Cr L
2、带状线参数
如图参数所示，由于带状 线一般处于同一种介质中，它 由同轴线演变而来，故它主要 传输TEM波，其传输特性可以按 照双导体传输线理论分析。
⑴相速与波长
P g
1 LC vp f f 1

c

c
r ε r

其中c为光速
r r
0
r ε r
带 状 线 传 输 特 性 及 参 量
当频率较低时，可忽略微带线色散影响，但当频率升高时 （f>5GHz)，微带内出现高次模TE、TM波，故微带线最高频率限 制为：
ft 150 2
h
r 1
ar cot r
（当h取mm 时，f为GHz )
为抑制高次模，微波尺寸选择为： 截止波长：
2 w r t 0 cTE1 0 2 r w 0.4h cTM 0 1 2h r t0
微 带 线 结 构 与 参 数
2、相关参数计算
ε0 εr
用
ε
re替换ε0和εr
εre
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微波技术 topic 由于用同一种介质替代原来的两种介质，这样微带线可 视为双导体变形而来，其内传输的是准TEM波，这样微带线的 相应参数可由准TEM公式计算。 这种替换必须保证替换前后的的分布电容保持不变，这样 将保证波传输状态不变。
③开放式介质波导传输线，如介质波导，镜像波导等。
④半开放式介质波导，如H形波导、G形波导等。
微 带 传 输 线 概 述
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微波技术
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0
r
微带线
0
r
re
r 1
2
120

r 1
2
12h 1 w
1

1 2
Z0
re w
w 1.393 0.667 ln 1.444 h h
,
其中
w h
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1
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⑵特性阻抗
Z0 L C 1 v pC
其中C为带状线单位长度分布电容
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微波技术 topic
这时的分布电容C按照电磁场理论计算是很繁琐的， 不便于工程应用，所以工程上直接采用经验公式，下 面给出计算带状线的相应参数的经验公式。