微波技术基础知识

准TEM模（电磁场的纵向分量很小） 具有色散持性，这与纯TEM模不同，而 且随着工作频率的升高，这两种模之间 的差别也愈大。
传输媒质为空气和介质的非均匀媒质，微带线的电磁场存 在纵向分量，不能传播纯TEM波。
但是，主模的纵向场分量远小于横向场分量。因此， 主模具有纯TEM相似的特性； 纯TEM的分析方法也对微带线适用。 ———准TEM近似法
D. D. Grieg and H. F. Englemann, “Microstrip—A New Transmission Technique for the Kilomegacycle Range,” Proc. IRE, Vol. 40, pp. 1644– 1650, Dec. 1952.
微波集成传输线－微带线
最后，抑制波导模和表面波，保证单模传输为
min
r (2W 0.8h) 4 r 1h
微带线设计中，金属屏蔽盒高度取H ≥（5 ~ 6）h， 接地板宽度取L≥（5 ~ 6）W
微波集成传输线－微带线
有效相对介电常数→准TEM波引入的
H. A. Wheeler, Transmission-line properties of parallel wide strips by a conformal mapping approximation, IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 12:280–289 (May 1964).
五种重要的传输线：
指元器件、传输线导带等 在同一平面
带状线（Stripline）
注意耦合线结构
微带线（Microstrip line）
槽线（Slotline） 鳍线（Finline） 共面线（Coplanar line）
共面波导（CPW） 共面带线（CPS） 接地共面波导（CBCPW） Conducter-backed CPW
cTE10 2W r
边缘修正
cTE10 r 2W 0.8h
微波集成传输线－微带线
表面波模：具有金属接地板的介质中传播， 存在于导带的两侧。表面波中最低的TE和TM模 分别是TE1模和TM0模。它们的截止波长分别为：
工作频率上限
TE1模激励频率低，但是相速高，与TEM 发生强耦合的最低模的首先是TM0模。 波导横向谐振模易消除。表面波限制了微 带线的工作频率上限。
按传播模分类
均匀介质 的多导体 传输线
带状线
鳍线
均匀介质 的单导体 传输线
准TEM模
非均匀介质的平面 传输线结构
一、回顾带状线
1950年，R.M. Barrett 发明了带状线，是 一种三导体TEM波传输线。上下两块导体板是 接地板，中间的导体带位于上下板的对称面上， 导体带与接地板之间可以是空气介质或填充其它 介质。故又称为三板线或夹心线。
1
Z0 C1 p
Z0
30
r
ln
1
4
.
1 m
8
.
1 m
8
.
1 m
2
6.27
式中
m W W
bt bt
W bt
x
(1
x)
1
0.5
ln
2
x
2
x
0.0796x
n
W / b 1.1x
n
1
2 2.
x
3 1 x
，x t b
式中t为导体带的厚度。当W / (b - t)<10时，精度优于0.5%
5. 结构稳定，电路可靠性高，能够承受高电压和中等 功率水平
微波集成传输线－微带线
微带线可以看作由双线传输线演变而来。在两根 导线之间插入极薄的理想导体平板，它并不影响 原来的场分布，而后去掉板下的一根导线，并将 留下的一根“压扁”，即构成了微带线。微带线 中的主模是准TEM模
微波集成传输线－微带线
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。
二、微带线
3.2 微带线
微波集成传输线－带状线
为减少带状线在横截面方向的能量泄露，上 下接地板的宽度D和接地板间距必须满足
D>(3~6)W 和 b / 2
带状线的最高工作频率取
f
fc高次模 (GHz)
15
b r
( W
1
/b
) /4
微波集成传输线－带状线
惠勒1978年用保角变换法得到了如下有限厚度导体带带状线特性阻抗公式
另外一种公式：H. Howe, Jr., Stripline Circuit Design, Artech House, Dedham, MA, 1974.
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。
H. A. Wheeler, Transmission-line properties of parallel strips separated by a dielectric sheet, IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 13:172–185 (March 1965).
微波技术基础
地点：清水河校区科研楼B336 电话：61830860 电邮：mzzhan@
本课内容
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
1、传播条件和波型
2、特性阻抗
了解
3、波长，相速
4、功率容量
5、衰减
2、第四章介质波导和光波导
微波集成传输线
微波集成传输线的最大特点是 平面化
微带线的特性参量，如相位常数，特性阻抗等可由 横向截面的参数全部确定，方便与有源器件连接，是目 前HMIC和MMIC中使用最广泛的平面传输线。
微带线
1. 直流到高频均可传输 2. 方便与器件连接，（串并联） 3. 方便器件和电路的在线测试(开放式平面传输结构) 4. 传输线的波导波长小，电路尺寸小
微波集成传输线－微带线
1970,Vendelin指出微带线中除了准TEM模外，还可能存在 其它两种高次模式：波导模（横向谐振模）和表面波模
波导模是指在金属导带与接地板之间构成有限宽 度的平板波导中存在的TE、TM模（宽导体情况下）。 最低横向谐振模为TE模，与准TEM模发生强耦合。
平板波导的最低TE模和TM模是TE10模、TM01模 ，