《带状线和微带线》PPT课件.ppt

带状线和微带线安徽大学电子科学与技术学院 廖同庆08:55:2521:49:52淡泊以明志，宁静以致远同庆制作n矩形波导(rectangular wave)截面为矩形,最早使用的导行系统之一，现在也甚为广泛地应用高功率系统、毫米波系统、精密测试系统ba矩形波导21:49:52淡泊以明志，宁静以致远同庆制作TM波（E波）n边界条件baxyz理想导体表面，电“立”利用矩形理想导体边界条件确定系数利用矩形理想导体边界条件确定系数21:49:52淡泊以明志，宁静以致远同庆制作3. TM波（E波）6n物理意义：nZ向无限长的理想波导中，沿此方向的场有 的行波特征n在z常数的横截面内，导波场有驻波分布特征n各场分量的幅度系数D取决于激励的强度n任意一对m，n的值对应一个基本波函数，为一本征解，所以这些波函数的组合也应是方程（48）的解，故方程的一般解为（56）21:49:52淡泊以明志，宁静以致远同庆制作2. TE10模的场结构（2）abxyabzyzx电场电场只有Ey分量，不随y而变化，随x正弦变化z（60）21:49:53淡泊以明志，宁静以致远同庆制作2. TE10模的场结构（3）zxyabzx磁场磁场是xz面内的闭合椭圆曲线，Hx随x正弦变化，Hz随z余弦变化，且Hx和Hz在a边上有半个驻波分布。

21:49:53淡泊以明志，宁静以致远同庆制作圆波导n圆波导是空心的金属管n处理圆波导采用圆柱坐标系比较方便n我们仍然采用矩形波导的思路并从（24）式开始n只不过（69）（24）Jm(p)=0的根的根pmnJm(p)=0的根的根pmnMn=1n=2n=3n=4n=5Mn=1n=2n=3n=402.415.528.6511.815.003.837.0210.213.313.837.0210.213.316.411.845.338.5411.725.148.4211.614.817.923.056.719.9713.236.389.7613.016.219.434.208.0211.414.647.5911.114.445.329.2812.721:49:53淡泊以明志，宁静以致远同庆制作圆波导中的TM波得（1）有限值条件：波导中任何地方的场为有限值（2）单值条件：波导中任何地方的场必须单值（周期边界）得有n0，1，2，利用边界条件确定系数利用边界条件确定系数21:49:54淡泊以明志，宁静以致远同庆制作为Jn（u）的第i个零点得必为Jn（u）的零点（3）边界条件：理想导体壁，在ra处21:49:54淡泊以明志，宁静以致远。

同庆制作TM波纵向电场Ez(r, , z)的通解为其中,umn是m阶贝塞尔函数Jm(x)的第n个根且kcTMmn=umn/a, 于是可求得其它场分量: TM波的通解:21:49:55淡泊以明志，宁静以致远同庆制作这种表示形式是考虑到圆波导的轴对称性, 因此场的极化方向具有不确定性, 使导行波的场分布在方向存在cosm和sinm两种可能的分布, 它们独立存在, 相互正交, 截止波长相同, 构成同一导行模的极化简并模21:49:55淡泊以明志，宁静以致远同庆制作 同轴线同轴线同轴线是一种典型的双导体传输系统,它由内、外同轴的两导体柱构成,中间为支撑介质02a2brz21:49:55淡泊以明志，宁静以致远同庆制作 同轴线中的主模TEM模如图采用圆柱坐标系02a2brzV0VV0又因为，因此得到位函数在横平面内满足拉普拉斯方程：21:49:55淡泊以明志，宁静以致远同庆制作边界条件为：应用分离变量法：应用分离变量法：21:49:56淡泊以明志，宁静以致远同庆制作且且的通解为单值条件：波导中任何地方的场必须单值（周期边界）n0，1，2，21:49:56淡泊以明志，宁静以致远同庆制作不随变化，所以位函数（r，）也不随变化，故n必须为零，则F（)=A。

21:49:57淡泊以明志，宁静以致远同庆制作21:49:57淡泊以明志，宁静以致远同庆制作因此电场为：磁场为：21:49:58淡泊以明志，宁静以致远同庆制作同轴线TEM导模场结构EH21:49:58淡泊以明志，宁静以致远同庆制作传输特性相速度与波导波长TEM：相速度波导波长21:49:58淡泊以明志，宁静以致远同庆制作工作波长截止波长波导波长21:49:58淡泊以明志，宁静以致远同庆制作特性阻抗21:49:59淡泊以明志，宁静以致远同庆制作击穿电压21:49:59淡泊以明志，宁静以致远同庆制作同轴线中的高次模同轴线中的同轴线中的TM波波边界条件：理想导体壁，在ra，b处21:50:00淡泊以明志，宁静以致远同庆制作n1，2，21:50:00淡泊以明志，宁静以致远同庆制作同轴线中的TE波边界条件：理想导体壁，在ra，b处21:50:01淡泊以明志，宁静以致远同庆制作n1，2，21:50:01淡泊以明志，宁静以致远同庆制作同轴线尺寸的确定首要条件是保证同轴线只传输首要条件是保证同轴线只传输TEM模由上述模由上述分析可知，同轴线中的最低次波导模式是分析可知，同轴线中的最低次波导模式是TE11。

式中min是最小工作波长固定b不变）21:50:01淡泊以明志，宁静以致远同庆制作（固定b不变）21:50:02淡泊以明志，宁静以致远同庆制作折中考虑21:50:02淡泊以明志，宁静以致远同庆制作 微波集成传输线微波集成传输线 规规则则金金属属波波导导传传输输系系统统具具有有损损耗耗小小、结结构构牢牢固固、功功率率容容量量高高及及电电磁磁波波限限定定在在导导管管内内等等优优点点, 其其缺缺点点是是比比较较笨笨重重、高高频频下下批批量量成成本高、本高、 频带较窄等频带较窄等 随随着着航航空空、航航天天事事业业发发展展的的需需要要, 对对微微波波设设备备提提出出了了体体积积要要小小、重重量量要要轻轻、 可可靠靠性性要要高高、性性能能要要优优越越、一一致致性性要要好好、 成成本本要要低低等等要要求求, 这这就就促促成成了了微微波波技技术术与与半半导导体体器器件件及及集集成成电电路路的的结结合合, 产产生生了了微微波波集集成成电电路路 21:50:02淡泊以明志，宁静以致远同庆制作基本要求基本要求 对对微微波波集集成成传传输输元元件件的的基基本本要要求求之之一一就就是是它它必必须须具具有有平平面面型型结结构构, 这这样样可可以以通通过过调调整整单单一一平平面面尺尺寸寸来来控控制制其其传传输输特特性性, 从从而实现微波电路的集成化。

而实现微波电路的集成化21:50:02淡泊以明志，宁静以致远同庆制作归纳起来可以分为四大类： 准准TEM波波传传输输线线, 主主要要包包括括微微带带传传输输线线和和共共面面波导等波导等; 非非TEM波波传传输输线线, 主主要要包包括括槽槽线线、 鳍鳍线线等等; 开开放放式式介介质质波波导导传传输输线线, 主主要要包包括括介介质质波波导导、镜镜像波导像波导 半半开开放放式式介介质质波波导导, 主主要要包包括括H形形波波导导、G形形波波导等 21:50:02淡泊以明志，宁静以致远同庆制作微微 带带 传传 输输 线线 微微带带传传输输线线的的基基本本结结构构有有两两种种形形式式: 带带状状线线和和微微带带线线带带状状线线是是由由同同轴轴线线演演化化而而来来的的,即即将将同同轴轴线线的的外外导导体体对对半半分分开开后后, 再再将将两两半半外外导导体体向向左左右右展展平平, 并并将将内内导导体体制制成成扁扁平平带带线线显显然然, 带带状状线线仍仍可可理理解解为为与与同同轴轴线线一一样样的的对对称称双双导导体体传传输输线线, 主主要要传传输输的的是是TEM波21:50:03淡泊以明志，宁静以致远同庆制作微带线微带线n微带线是由沉积在微带线是由沉积在介质基片介质基片上的上的金属导金属导体带体带和和接地板接地板构成的一个特殊传输系统构成的一个特殊传输系统, 它可以看成由双导体传输线演化而来它可以看成由双导体传输线演化而来, 即即将无限薄的导体板垂直插入双导体中间将无限薄的导体板垂直插入双导体中间,21:50:04淡泊以明志，宁静以致远。

同庆制作n因为导体板和所有电力线垂直因为导体板和所有电力线垂直, 所以不影所以不影响原来的场分布响原来的场分布, 再将导体圆柱变换成导再将导体圆柱变换成导体带体带, 并在导体带之间加入介质材料并在导体带之间加入介质材料, 从从而构成了微带线而构成了微带线21:50:04淡泊以明志，宁静以致远同庆制作带带状状线线又又称称三三板板线线, 它它由由两两块块相相距距为为b的的接接地地板板与与中中间间宽宽度度为为w、 厚厚度度为为t的的矩矩形形截截面面导导体体构构成成, 接接地地板板之之间间填填充充均均匀匀介介质质或或空空气气由由前前面面分分析析可可知知, 由由于于带带状状线线由由同同轴轴线线演演化化而而来来, 因因此此与与同同轴轴线线具具有有相相似似的的特特性性, 这这主主要要体体现现在在其其传传输输主主模模也也为为TEM, 也也存存在在高高次次TE和和TM模模带带状状线线的的传传输输特特性参量主要有性参量主要有: 1. 带状线带状线21:50:04淡泊以明志，宁静以致远同庆制作由由于于带带状状线线上上的的传传输输主主模模为为TEM模模, 因因此此可可以以用用准准静静态态的的分分析析方方法法求求得得单单位位长长度度分分布布电电容容C和和分分布电感布电感L, 从而有从而有式式中中,相相速速 (c为为自自由由空空间间中中的的光光速速)。

由由上上式式可可知知, 只只要要求求出出带带状状线线的的单单位位长长分分布布电容电容C, 则就可求得其特性阻抗则就可求得其特性阻抗 1) 1) 特性阻抗特性阻抗Z Z0 021:50:04淡泊以明志，宁静以致远同庆制作 求求解解分分布布电电容容的的方方法法很很多多, 但但常常用用的的是是等等效效电电容容法法和和保保角角变变换换法法由由于于计计算算结结果果中中包包含含了了椭椭圆圆函函数数而而且且对对有有厚厚度度的的情情形形还还需需修修正正, 故故不不便便于于工工程程应应用用 在在这这里里给给出出了了一一组组比比较较实实用用的的公公式式, 这这组组公公式式分分为为导导带带厚厚度度为为零零和和导导带带厚厚度度不不为零两种情况为零两种情况 21:50:05淡泊以明志，宁静以致远同庆制作(1) 导导带带厚厚度度为为零零时时的的特特性性阻阻抗抗计计算算公公式式式式中中, we是是中中心心导导带带的的有有效效宽宽度度, 由由下下式式给给出出:0w/b0.35（21:50:05淡泊以明志，宁静以致远同庆制作(2)导带厚度不为零时的特性阻抗计算公式式中：式中：式中，式中， t为导带厚度为导带厚度21:50:06淡泊以明志，宁静以致远。

同庆制作 对上述公式用MATLAB编制计算带状线特性阻抗的计算程序, 计算结果如图所示由图可见, 带状线特性阻抗随着w/b的增大而减小, 而且也随着t/b的增大而减小 w/bt/b特性阻抗21:50:06淡泊以明志，宁静以致远同庆制作2) 带状线的衰减常数带状线的衰减常数带带状状线线的的损损耗耗包包括括由由中中心心导导带带和和接接地地板板导导体体引引起起的的导导体体损损耗耗、两两接接地地板间填充的板间填充的介质损耗介质损耗及及辐射损耗辐射损耗21:50:07淡泊以明志，宁静以致远同庆制作由由于于带带状状线线接接地地板板通通常常比比中中心心导导带带大大得得多多, 因因此此带带状状线线的的辐辐射射损损耗耗可可忽忽略略不不计计所所以以带带状状线线的的衰衰减主要由导体损耗和介质损耗引起减主要由导体损耗和介质损耗引起, 即即 =c+d 式式中中,a为为带带状状线线总总的的衰衰减减常常数数;ac为为导导体体衰衰减减常数常数;ad为介质衰减常数为介质衰减常数 21:50:07淡泊以明志，宁静以致远同庆制作 式式中中, G为为带带状状线线单单位位长长漏漏电电导导，tan为介质材。