微波集成电路基础 1

B 2

Y0tg

l
2


Y0
l
2
l

4
开路短截线
当分支线长度酿Θop<90。 ，即机械长度小于λ／4时， 则等效为容抗。
短路短截线
当分支线长度酿Θsh<90。 ，即机械长度小于λ／4时， 则等效为感抗。
微带线不连续性元件
微带开路终端
微带开路终端可等效为把理想开路端向外延伸一小段⊿l
Z
01

W H


376 .73
2
ln

f (W / H ) W /H

1
(2H
/W
)2

f
W


6

(2

6) exp


30.666

0.7528

H
W / H
8
有效介电常数
实际上是把中心导带上下的介质全部等效为均匀介质，而使 得微带线的电容保持不变。它的范围为 ：
W H
2 d 1 ln(2d


1)

er e r
1
ln(
d

1)

0.293

0.517
er

d 59.95 2 Z0 er
11
Z0 44 er ， 即窄微带情况时
W H


eH 8


1 4e H
1

H'

Z 0 2er 1 119.9
微波电路与系统
第二章：微波集成电路基础
科研楼612房间 电话: 83201687 E-mail: bfjia@uestc.edu.cn
电子科技大学 贾宝富 博士
1
§2．1 微波集成传输线
传输线的作用是传输能量。并且是构成微波无 源器件基本元素。
微波集成电路中使用的传输线多数都是平面结 构传输线，例如：微带线、槽线、带状线和共 面波导等。
l

0.102H
u u

0.106 0.264
1.166
e Байду номын сангаас 10.9
“平面”传输线方便与固态芯片器件连接。 新型平面结构传输线，如：基片集成波导（
SIW）也用于制作微波集成电路 。
2．1．1 概 述
H E
er TEM¢¡ ×¼ TEM¨²
E
TE²¨
er
Microstrip 微带
Slot- line 槽线
er E TEM¢¡ ×¼ TEM¨² e0
E
er
TEM¢¡ ×¼ TEM¨²
工作模式
准TEM 模。
微带线中存在的是TE-TM混合波场，其纵向场 分量主要是由介质-空气分界面处的边缘场Ex和Hx引
起的，它们与导体带和接地板之间的横向分量场相 比很小，所以微带线中传输模的特性与TEM模相差 很小
7
无色散微带的分析
微带线的分析：
给定微带宽高比W/H和基片的相对介电常数εr，计算特性阻 抗Z0 ;首先求出均匀媒质微带线阻抗（即抽去微带线的基片 介质，全部空气填充）：
基片是电磁场传输的媒质，又是电路支撑体。对 基片的要求是微波损耗小、表面光滑、硬度强、 韧性好、价格低。在微波混合集成电路中最常用 的介质基片是聚四氟乙烯纤维环氧树脂板、氧化 铝陶瓷板和石英基片。
聚四氟乙烯纤维环氧树脂板价格便宜，双面用热 压法覆以铜膜，可以直接光刻腐蚀电路，加工简 便，广泛用于微波集成电路。
Suspended 悬置微带线 Coplanar Waveguide (CPW)共面波导
3
传输线的几个重要参数
传输线的模式；
工作模式；高次模
传输线的特性阻抗；
Z0
=
V I
；
Z0
=
P I2
；
Z0
=
V2 P
；
传输线的传播常数（α衰减常数，β相位常 数)；
=-j
4
微带线
§ 微带线
1


W
18.7 18.1H

3


H
b

0.564
er e
0.9 r 3
0.053

无色散情况下，微带线的特性阻抗为
Z0 Z01 ee
10
微带线的综合：
给定所需的特性阻抗Z0，和基片的相对介电常数，计算微带
的宽高比W/H。Z0 44 er ， 即宽微带情况时
悬置微带线的损耗比微带线小。常用于滤波器 设计。
悬置微带的几何结构
悬置微带的特性阻抗
带状线介质分布
耦合带线的奇/偶模传播常数相同。常 用于制作宽带耦合线定向耦合器。
带状线的特性阻抗
槽线
槽线的传播模式不是TEM波，是横电波(TE)。
共面波导
鳍线基片结构
双面鳍线
传输线特性比较
2．1．2介质基片与导体材料

1 2

e e
r r
11
ln

2
1
er
ln
4


12
利用软件计算
13
微带线的工作频率范围
准TEM波和最低表面波寄生模之间产生强耦合 时的频率：
fT
150
h
e
r
2
1
tan
1
e
r

其中，fT 的单位是GHz，h 的单位是mm。
14
悬置微带线
氧化铝陶瓷板的介质损耗小，表面光洁，适用于 较高频段，而且介电常数高，制作的MIC小巧精 致。但是氧化铝陶瓷板需真空镀膜，加工复杂， 成本高。
对微带线金属膜材料的基本要求是：电导率高、 稳定不氧化、刻蚀性好、容易焊接、容易淀积或 电镀，对基板附着力强。
对于MIC来说，最常用的金属材料是铜与金。这 两种材料对介质基板附着力差，聚四氟乙烯纤维 板是把铜膜用热压法粘附。陶瓷基板，则需要先 蒸发一层附着力强的铬，其厚度要远小于趋肤深 度，应该在1 OOA左右，然后蒸发金，再镀铜和 镀金加厚至5倍趋肤深度以上。这样的组合结构中 ，导电层是铜和金。典型的导体组合有：铬．金 、钛一金、钽一金。对于MMIC砷化镓基片，常 用铬一金、钛．铂一金、钛一钯一金。
§2.3 微带电路的不均匀性
27
28
2.3.2微带元件
微带线段
高/低阻抗线等效电路
高阻抗线等效电路
X 2

Z0tg

l
2


Z0
l
2
l

4
B Y0Sin l Y0 l l 4
低阻抗线等效电路
X Z0Sin l Z0 l l 4
1 2
er
1

ee

er
当基片相对介电常数为εr，有效介电常数为：
e
e
W H


e
r
2
1

e
r 11 2
10H W
ab
9
上式中 ：
a
1
1 ln 49
W
4



W
2

H 52H
W
4


0.432

1
ln