《电磁场与微波技术教学课件》3.2微带线.ppt
结构图及场分布,双导线演变成微带线,3.2 微带线,第三章 平面传输线,3.2.1 微带线的主模,微带线中的介质是由空气和介质基片组成的“混合”介质，因而电磁场可能存在纵向分量，即可能传输TE模或TM模。,3.2.2 特性阻抗、传播常数和波导波长,但在基片厚度h的条件下，场的纵向分量很小，可以近似地看成是TEM波，故通常说微带线中传输的是准TEM波。,如果微带线是被均匀介质包围，并把准TEM波当作纯TEM波,3.2 微带线,第三章 平面传输线,则,但微带线的介质包括空气和基片介质，故介电常数不能只用空气的或者基片的，而要用一个等效量进行修正。,等效介电常数的定义,填充空气时的分布电容,实际微带线的等效电容,即把微带线想象成是由单一的、均匀的、相对介电常数为re的介质构成的,则,填充空气时的特性阻抗,（3-37),3.2 微带线,第三章 平面传输线,故，如果知道了C0，则特性阻抗可求出。,(一)导体带厚度t0时微带线特性阻抗的表示式,当t0时，空气介质微带线的特性阻抗的精确表达式,1.公式法,等效介电常数re有专门的计算公式,3.2 微带线,第三章 平面传输线,当wh时，,或更精确的公式，,等效介电常数,当w/h1时，,当w/h1时，,3.2 微带线,第三章 平面传输线,（3-44),2.图解法,(1)已知w/h和r，求Zc,然后，利用公式(3.3-15)计算,等效介电常数也可写成,首先，由图3.3-3查出q和 计算re,()已知Zc和r求微带线尺寸w/h 迭代法,3.查表法,若给定w/h和r，则可根据P179的表格查出特性阻抗。,如w/h=0.075，则re=1.6619，Zc=219.9611.,表中没有的数值用插值法计算,3.2 微带线,第三章 平面传输线,（3-45),（3.-46),(二)导体带厚度不为零时微带线特性阻抗的表示式,t0，这时相当于导体带的边缘电容增加了，等效为导体带宽度增加了w,用t=0情况下的公式求特性阻抗时，只要用we=(w+w)代替原公式中的w即可。,w的计算,当,当,3.2 微带线,第三章 平面传输线,注意使用等效介电常数re,相速度,波导波长,(3-41),(3-43),3.2 微带线,第三章 平面传输线,3.2.5 损耗,导体损耗、介质损耗和辐射损耗,当,当,(3-68),频率不高时，很小,(3-67),3.2 微带线,第三章 平面传输线,介质损耗,当,(3-69),(3-74),3.2 微带线,第三章 平面传输线,微带线的色散：微带线的相速、特性阻抗、波导波长等随频率而变化的现象.,3.2.6 微带线的色散,在高频时会生色散现象，这时除了主模TEM模以外，还存在高次模式TE和TM模,根本原因：有效相对介电常数随频率而变化，变化规律与w/h有关,3.2 微带线,第三章 平面传输线,当,条件下,不考虑色散时的特性阻抗,不考虑色散时的等效相对介电常数,当,(375),3.2 微带线,第三章 平面传输线,3.2.7 微带线的高次模和微带线的设计,频率升高，工作波长小到与微带线的尺寸可以比拟时，微带线中就会出现高次模：波导模和表面波模,抑制的办法：选择合适的微带线尺寸,1.波导模,波导模存在于所填充的介质中，有TE模和TM模:,截止波长：,(1)TE模的最低模式是TE10模，其场结构如图3.3-5a,(3-78),比较,3.2 微带线,第三章 平面传输线,为防止出现TE10模，最短工作波长应大于截止波长,(2)TM模的最低模式是TM01模，其场结构如图3.3-5b,截止波长：,为防止出现高次模，最短工作波长应大于截止波长,当t0时，导体带有效宽度,(3-79),3.2 微带线,第三章 平面传输线,2.表面波模,存在于接地板表面附近的介质中、并沿接地板表面传播.也分TE模和TM模,TE模有Ex分量和Hy、Hz分量TM模有Hx分量和Ey、Ez分量,对于表面波来说，可以假定所有的场分量在x方向无变化，而只在y向有变化。,模的下标只有一个,例如：TE0、TE1、TE2;TM0、TM1、TM2,3.2 微带线,第三章 平面传输线,下标“0”,场量沿y方向的驻波分布不足一个“半驻波”，但有一个最大值,下标“1”,场量沿y方向的驻波分布不足两个“半驻波”，但有两个最大值,截止波长：,a.TE模的最低模式是TE0,b.TM模的最低模式是TM0,截止波长：,容易抑制,难抑制,实际应用中，只有当表面波的相速度与准TEM的相速度相同时，两类模才会产生强耦合，破坏工作状态。,3.2 微带线,第三章 平面传输线,(3-81),(3-82),TE模和TM模与准TEM模发生强耦合时的频率分别为,避免准TEM模与高次模发生强耦合的措施：,a.工作频率应低于fTE和fTM两着中的较低者,b.工作频率较高时，采用较小的r和h，以提高fTE和fTM,(3-83),(3-84),3.2 微带线,第三章 平面传输线,结构图,3.2 微带线,奇、偶模的场分布分别如图3.4-2的(a)和(b)所示,3.2.8 耦合微带线在微带线旁边再加一条导体带即构成耦合微带线,第三章 平面传输线,(一).奇模和偶模的特性阻抗,导体带厚度t=0时特性阻抗的计算,空气填充时，单根导体带对接地板的奇模电容Co(1)，偶模电容Ce(1)，,介质填充时，单根导体带对接地板的奇模电容Co(r)，偶模电容Ce(r)，,则,奇模等效相对介电常数,偶模等效相对介电常数,奇模填充系数,偶模填充系数,3.2 微带线,第三章 平面传输线,(3-87),(3-86),奇模相速,偶模相速,奇模特性阻抗,偶模特性阻抗,空气填充时奇模特性阻抗,空气填充时偶模特性阻抗,工程计算中采用查曲线方法,3.2 微带线,第三章 平面传输线,(二).相速度和波导波长,相速度,波导波长,(3-93),(3-92),3.2 微带线,第三章 平面传输线,(3-89),(3-88),(三).功率损耗,奇模,偶模,主要是导体损耗和介质损耗,(3-94),(3-95),(3-96),(3-97),3.2 微带线,第三章 平面传输线,作业：3-13-6 改为：r=9.63-8 补充条件：频率f=9375MHz 补充求解：相速Vp，波导波长g，有效介电常数re3-103-16 改为：Zco=55,第三章 平面传输线,
