第4章平面传输线.ppt

4.1 带线 4.2 微带线 4.3 耦合带线 4.4 耦合微带线 4.5 槽 线 4.6 共面波导 * * 图4-1 带线的演变 带线 同轴线 b w t 图4-2 带线中的电磁场结构 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 = = 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 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 和介质衰减常数 相加而成 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 ＝ ＝ 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。 为了抑制TE10模，应使最小工作波长 即得到对导体带宽度w的限制条件为 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 = 为了防止出现TM01模，应使 即得到对两导体平板间距b的限制条件 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 b w t 图4-5微带线中的电磁场结构 图4-4微带线的演变 平行双导线 微带线 w t h 图4－4 微带线的演变 图4－5 微带线中的电磁场分布 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 都必须连续，可以证明此时导行波中 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 其中，等效相对介电常数 = 2、相移常数与衰减常数 相移常数 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 导体衰减常数 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 ，则结构尺寸相同的实际微带线的特性阻抗可表示为 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 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 = 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 h 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 因此，为抑制高次模式，最小工作波长要满足以下条件： 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： 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