微波技术基础-传输线和波导(5)

微微波波技技术术基基础础北京邮电大学无线电与电磁兼容实验室北京邮电大学无线电与电磁兼容实验室刘凯明刘凯明副教授副教授（明光楼（明光楼718718室，室，6228130062281300））[e-mail]@sohu.com2011北京邮电大学——《微波技术基础》2带状线带状线北京邮电大学——《微波技术基础》3研究内容„平面传输线概念、分类„带状线特性参数、设计北京邮电大学——《微波技术基础》4平面传输线概述北京邮电大学——《微波技术基础》5平面传输线概述平面传输线概述特点：（1）扁平、小尺寸、轻——低损耗（2）所有线集成在一个平面内——易制作北京邮电大学——《微波技术基础》6平面传输线概述„平面传输线优点：减少元件和电路的几何尺寸，以达到增加电路的封装密度、减少功耗和减小信号传播延迟的目的。北京邮电大学——《微波技术基础》7平面传输线概述平面传输线概述¾四种平面传输线（1）带状线（2）微带线（3）槽线（4）共面带状线结构；场分布；特性阻抗；衰减北京邮电大学——《微波技术基础》8带状线¾带状线的结构带状线的结构如图所示，带状线属双导体类传输线，传输的主模是TEM模。实际制作：在一块厚度为b/2的接地基片上，将中心导带腐蚀成要求形状，然后用另一个同样厚度的接地基片覆盖。z两个接地宽平板z一个低损电介质基底z一个窄导电带(Wt)北京邮电大学——《微波技术基础》9带状线¾带状线的场分布回忆同轴线电磁场分布北京邮电大学——《微波技术基础》10带状线¾带状线的场分布北京邮电大学——《微波技术基础》11带状线¾带状线的场分布如果侧壁封闭场分布为¾场分布的分析方法‡静电场分析的方法‡保角变换的方法→拉氏方程精确解北京邮电大学——《微波技术基础》12带状线¾带状线的特性参量当工作频率满足条件时，有如下关系式0000RLGCωω及传播常数jγαβ=+衰减常数相移常数相速相波长特性阻抗00001122RGZZα=+00LCβω=0001prvvLCε==2prπλλβε==00001pLZCvC==北京邮电大学——《微波技术基础》13带状线¾带状线的特征阻抗(一)中心导带厚度为零时的特性阻抗在导带的厚度的情况下，利用保角变换法可求得特性阻抗的精确表达式为0t→()()030rKkZKkπε′=2sec()21wkhbkkπ=⋅′=−其中K是第一类完全椭圆积分。定义是KkFkdttkt(),()()=⎛⎝⎜⎞⎠⎟=−−∫π21122201双曲正割函数北京邮电大学——《微波技术基础》14带状线¾带状线的特征阻抗(一)中心导带厚度为零时的特性阻抗在微波工程实际上，有一个精度很高的近似式采用上述公式可避免计算椭圆积分，近似度高于8/10000。KkKkkkkkkk()'()ln''.ln.=+−⎛⎝⎜⎞⎠⎟⎡⎣⎢⎢⎤⎦⎥⎥+−⎛⎝⎜⎞⎠⎟⎡⎣⎢⎢⎤⎦⎥⎥⎧⎨⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪−121100712110711ππ≤≤≤≤北京邮电大学——《微波技术基础》15带状线¾带状线的特征阻抗(二)中心导带厚度不为零时的特性阻抗1、宽导带情况()0.35wbt−≥特性阻抗为00194.1510.0885fprrZCvCwbtbεε==⎛⎞+⎜⎟−⎝⎠2、窄导带情况()0.35wbt−0604lnrbZdπε⎛⎞=⎜⎟⎝⎠特性阻抗为北京邮电大学——《微波技术基础》16带状线¾带状线的特征阻抗(三)中心导带---宽、厚的导体北京邮电大学——《微波技术基础》17带状线¾带状线的特征阻抗工程上的简化公式——特征阻抗0300.441eebZWbπε==+20,0.35(0.35),0.35e⎧⎪⎪=−⎨⎪−⎪⎩其中We是导体有效宽度北京邮电大学——《微波技术基础》18带状线¾带状线的特征阻抗工程上的简化公式——特征阻抗逆公式00,1200.850.6,120rrxZWbxZεε⎧⎪=⎨−−⎪⎩其中x为0300.441exZπε=−北京邮电大学——《微波技术基础》19带状线¾带状线的特征阻抗为了便于工程计算，右图给出了带状线的尺寸与特性阻抗之间的关系曲线，以便查阅。北京邮电大学——《微波技术基础》20带状线¾带状线的衰减北京邮电大学——《微波技术基础》21带状线¾带状线尺寸的确定带状线传输的主模是TEM模。但若尺寸选择不当，可能出现高次模。为了抑制高次模的传输，确定带状线尺寸时应考虑下面一些因素。1.中心导带宽度W在TE模中最低次模为TE10,它沿中心导带宽度有半个驻波分布，其截止波长为()10TE2crWλε=为了抑制TE10模，最短的工作波长为()min10TEcλλmin2rWλε北京邮电大学——《微波技术基础》22带状线¾带状线尺寸的确定2.接地板间距b增大接地板间距b有助于降低导体损耗和增加功率容量，但b加大后除了加大横向辐射损耗之外，还可能出现径向TM高次模，其中TM01为最低次模，它的截止波长为为了抑制TM10模，最短的工作波长为()01TM2crbλε=()min01TMcλλmin2rbλεminmin22rrWbλελε⎧⎪⎪⎨⎪⎪⎩北京邮电大学——《微波技术基础》23带状线作业¾教材P136页，第3.19题