第4章平面传输线

4.1带线图4-1带线的演变带线同轴线bwtrEH图4-2带线中的电磁场结构E带线作为变形同轴线，传输的主模一样是TEM模，其电磁场结构如图4-2所示带线中TEM模式对应的传输参量一、相速度和波导波长由第2.2.2节有关TEM模传输线的一般讨论可知rpcv0gfvpr0==带线中既有导体也有介质，都会带来能量损耗，因此带线的传播常数是一个复数，记为一、相移常数和衰减常数jrg022带线的相移常数带线的衰减常数用表示，它由导体衰减常数c和介质衰减常数d相加而成dc带线的损耗主要是导体损耗，介质损耗一般可以忽略三、特性阻抗依据高频传输线特性阻抗的计算公式(3-20b)，带线的特性阻抗可表示为cZ00CL000CCL01Cvp＝＝可见只要求出分布电容C0就可求出特性阻抗。分布电容的求法有多种，常用的是复变函数中的保角变换法教材介绍了由保角变换法推导得到的分布电容计算公式（P.163---164）四、尺寸选择带线的工作模式是TEM模，但若尺寸选择不当或制造过程中引入了不均匀性，就会出现高次模。高次模极易引起辐射而使损耗增加。因此，在设计带线电路时，应当尽量避免高次模的出现带线中TE模式的最低次模是TE10模，抑制了它就等效于抑制了所有的TE高次模。10TEcrw2为了抑制TE10模，应使最小工作波长min10TEc即得到对导体带宽度w的限制条件为rw2min为了减小带线的损耗，可以适当增大b。但b不能太大，否则带线中将出现径向线模，其最低次模为TM01模，它的截止波长为01TMcrb2=为了防止出现TM01模，应使min01TMc即得到对两导体平板间距b的限制条件rb2min带线中的电磁能量集中于导体带附近，为了防止横截面上能量的辐射损耗，还应当使带线的导体平板宽度比导体带宽度大足够多，使得能量不会从带线开放的两侧辐射出去，一般要求上、下导体平板的宽度不小于3w～6w。带线bwtr4.2微带线图4-5微带线中的电磁场结构EHr图4-4微带线的演变平行双导线微带线wthr图4－4微带线的演变图4－5微带线中的电磁场分布一微带线中的工作模式微带中的电磁场分布如图4-5所示。如果微带中没有介质片，根据第2.2节的一般理论，这种双导体(导体带和导体平板)系统可以维持静电场和静磁场，因而可存在无色散的TEM模。但实用的微带是有介质片的，而且介质片又不是充满双导体系统全部空间，因而在传输系统中不仅有导体与空气的交界面，而且还有介质与空气的交界面，导行波在这种以均匀介质平板为支撑的微带线中传输时，必须同时满足这两种边界条件，或者说在这两种边界处电场、磁场切向分量tEtH都必须连续，可以证明此时导行波中zHzE这就是说微带线中不存在单纯的TEM模。0、0二微带线的传输参数1、相速度和波导波长repcv0其中，等效相对介电常数11rreq21101121whqgre0=2、相移常数与衰减常数相移常数reg022微带线的衰减是由导体电阻的热损耗、介质损耗、辐射损耗引起的。若微带线的尺寸选择适当、频率不很高，则辐射损耗可以忽略不计，只考虑导体损耗和介质损耗，因此其衰减常数表示为dc导体衰减常数c计算公式比较复杂，教材P.167有相关介绍3、特性阻抗假设微带线的导体平板上面的介质全部是空气，其特性阻抗为0cZ，则结构尺寸相同的实际微带线的特性阻抗可表示为reccZZ01.导体带厚度为0（t→0）时利用保角变换法可以推出空气微带线的特性阻抗的精确计算公式为20160cKkZKk式中K是第一类完全椭圆积分函数，K()中的数是其模数。上式计算复杂，一般用近似式来计算，见教材P.168。2导体带厚度不为0（t≠0）时。(教材P.164)三微带的尺寸选择实际上微带中传输的并不只有主模，还有许多高次模。微带中高次模的存在，除了使微带的特性参数偏离按TEM模计算的结果外，还增加了辐射损耗，因此，在设计微带线时必须抑制高次模。微带中的高次模式有两种：波导模式和表面波模式。波导模式存在于导体带与导体平板之间，它是具有纵向场分量的TE模和TM模。微带中最易产生的波导模式是最低次TE10模和TM01模。而10TEcrw201TMcrh2=表面波模式是在介质中沿导体平板表面传播的一种波，也有各种模式截止波长与介质板厚度及其相对介电常数有关。最低的TM型表面波的截止波长为TMchr它在所有的工作频率下都可能存在。最低的TE型表面波的截止波长为TEc14rh因此，为抑制高次模式，最小工作波长要满足以下条件：minrw2minminrh214rh承上，当已知时，为抑制高次模式，微带线的尺寸应满足以下要求：minrw2minrh2min14minrh4.3耦合带线平行侧耦合垂直宽面耦合平行宽面耦合平行偏置耦合图4-6常用耦合带线的结构wwsbrt4.4耦合微带线如果在微带线上再加一个导体带，使两个导体带相距很近，则它们之间将有电磁量的相互耦合，这就构成了耦合微带线。swwhtr图4-9对称耦合微带线的结构所谓对称是指两导体带的厚度、宽度、材料完全相同，若有不同则称为非对称耦合微带线。4.5槽线开槽微带线简称为槽线或微槽。高介电常数基片(或铁氧体基片)一侧表面涂敷薄导电层，另一侧则无导电层；在这种介质基片导电层上刻制一条窄槽，就构成了一条如图4-12所示的槽线。这也是一种适用于微波集成电路的传输线。W图4-12介质基片上的槽线d金属层槽介质基片r图4-13槽线的电磁场分布(c)剖面场结构EH(a)横截面上场分布EH(b)纵截面上磁场分布H2g4.6共面波导图4-14共面波导截面图中心带接地带d介质基片2a2br图4-15共面波导的电场分布