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文档介绍

文档介绍:微带传输线
微带传输线的基本结构有二种形式:带状线和微带线,它们都属于双导体传输系统。
本节要点
带状线(strip line)
微带线(microstrip line)
耦合微带线(coupling microstrip
通过保角变换及复变函数求得Z0a及e的严格解,但结果仍为较复杂的超越函数,工程上一般采用近似公式。
介质微带线相速为
介质微带线的特性阻抗Z0与空气微带线的特性阻抗Z0a有以下关系:
*
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1)导带厚度为零时的空气微带的特性阻抗Z0a及有效介电常数e (Gupta闭式)
式中,w/h是微带的形状比, w是微带的导带宽度, h为介质基片厚度。
*
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2)导带厚度不为零时的空气微带的特性阻抗Z0a及有效介电常数e (Gupta闭式)
导体厚度t0时,导带的边缘电容增大,相当于导体宽度w加宽为we 。
当t<h、t<w/2时相应的修正公式为:
在前述零厚度特性阻抗计算公式中用we /h 代替w/h 即可得非零厚度时的特性阻抗。
*
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微带特性阻抗与w/h的关系
介质微带特性阻抗随着w/h增大而减小;相同尺寸条件下,r越大,特性阻抗越小。
*
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有时是已知微带线的特性阻抗Z0及介质的相对介电常数r来求w/h,微带线设计问题。 对于窄导带(也就是当Z0 >44–2r ),则
其中,
对于w/h<(也就是当Z0>63–2r)的有效介电常数表达式为
其中的A由上式给出 。
*
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若作为w/h的函数由下式给出
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对于宽导带(也就是当Z0 <44–2r  ),则
由此可算出有效介电常数
若先知道Z0也可由下式求得e ,即
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(2)波导波长
显然,微带线的波导波长与有效介电常数e有关,也就是与W/h有关,亦即与特性阻抗Z0有关。
微带线的波导波长也称为带内波长,即
(3)微带线的衰减常数
由于微带线是半开放结构,因此除了有导体损耗和介质损耗之外,还有一定的辐射损耗。不过当基片厚度很小,相对介电常数较大时,绝大部分功率集中在导带附近的空间里,所以辐射损耗是很小的,和其它二种损耗相比可以忽略。
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微带线的金属导体带和接地板上都存在高频表面电流,因此存在热损耗。工程上一般采用近似计算公式。
a)导体衰减常数c
为了降低导体的损耗,除了选择表面电阻率很小的导体材料(金、银、铜)之外,对微带线的加工工艺也有严格的要求。一方面加大导体带厚度,这是由于趋肤效应的影响,导体带越厚,则导体损耗越小,故一般取导体厚度超过5-8倍的趋肤深度;另一方面,导体带表面的粗糙度要尽可能小,一般应在微米量级以下。
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b)介质衰减常数
由于实际微带只有部分介质填充,介质衰减常数修正如下:
一般情况下,微带线的导体衰减远大于介质衰减,因此一般可忽略介质衰减。但当用硅和***化镓等半导体材料作为介质基片时,微带线的介质衰减相对较大,不可忽略。
对均匀介质传输线;其介质衰减常数由下式决定
其中,
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(4)微带线的色散(dispersive)特性
色散是指电磁波的相速随频率而变的现象。当频率较低时,微带线上传播的波基本上是准TEM模,故可以不考虑色散。
其中, Z0的单位为,h的单位是mm。
例如,
无色散最高频率为fmax=4GHz
设不考虑色散时的频率为fmax,对于给定结构的微带线来说其fmax 是一定的。
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当频率较高时,微带线的特性阻抗和相速随着频率变化而变化,也即具有色散特性。 频率升高时,相速vp要降低,e应增大,而相应的特性阻抗Z0应减小。一般用修正公式来计算介质微带线传输特性 。
当 、 以及 时
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(5)高次模与微带尺寸选择
微带线的高次模有两种模式:波导模式和表面波模式。波导模式存在于导带与接地板之间,表面波模式则只要在接地板上有介质基片即能存在。
对于波导模式可分为TE模和TM模,它们的最低模式分别为TE10模和TM10模。
对于表面波模式是导体表面的介质基片能使电磁波束缚在导体表面附近而不扩散,并使电磁波沿导体表面传输,故称为表面波,其中最低次模是TM0模,其次是TE1模, TM0模的截止波长为,即任何频率下模均存在。
为使微带抑制高次模的产生,其尺寸应满足
*
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%氧化铝陶瓷(r=~10, tan=)、聚四***乙烯(r=,tan