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第三章 微波传输线 微波技术与天线 电子科技大学电子工程学院 * 第三章 微波传输线 导波系统中的电磁波按纵向场分量的有无，可分为以下三种波型(或模)： (1) 横磁波(TM波)，又称电波(E波)： (2) 横电波(TE波)，又称磁波(H波)： (3) 横电磁波(TEM波)： 横电磁波只存在于多导体系统中；横磁波和横电波一般存在于单导体系统中。 3-1 平行双线与同轴线 平行双线与同轴线均为多导体导波系统，其传播主模为TEM模 3.1.1 平行双线传输线 一、结构 二、特性参数 1、特性阻抗 单位长度分布电感： 单位长度分布电感： 则平行双线特性阻抗： 当平行双线周围介质为空气时： 即：平行双线的特性阻抗与双线间距及导线半径有关。一般 2、传播相速 假设平行双线损耗极小可忽略不计，则传播常数 为双线周围介质参数 3.1.2 同轴线 一、结构 由内、 外同轴的两导体柱构成 内外导体间填充介质 包括硬、软两种结构 TEM模传输线 二、特性参数 1、特性阻抗 单位长度分布电感： 单位长度分布电感： 衰减最小时的特性阻抗讨论 为内外导体尺寸比值的函数。要使衰减最小，则要求 即当内外导体尺寸比值为3.6时，同轴线衰减最小，此时 工程上常用同轴线特性阻抗：50Ω（填充聚苯乙烯）和75 Ω（无填充材料） 同轴线的损耗由导体损耗和介质损耗引起（导体损耗远大于介质损耗）。可以推得，导体引起的衰减系数为： 2、传播相速 假设同轴线损耗极小可忽略不计，其相速 为填充介质参数 3-2 微带传输线 一、结构 平面结构, 可实现微波电路的集成化 体积小、重量轻、 可靠性高、性能优越、一致性好、 成本低 二、微带线传输主模 微带线可视作由双导体系统演化而来。但由于介质的存在, 则微带线所传输的波已非标准的TEM波, 而必然存在纵向分量Ez和Hz。 当频率不很高时, 由于微带线基片厚度h远小于微带波长, 此时纵向分量很小, 其场结构与TEM模相似, 因此一般称之为准TEM模。 故微带线传输主模：准TEM模 三、微带线传输特性 由传输线理论，如忽略微带传输线损耗， 则有 1、特性阻抗 L0和C0分别为微带线单位长分布电感和长分布电容。 2、微带线等效介电常数 空气填充微带线 全介质填充微带线 很明显，实际微带线（部分填充）介电常数介于二者之间。 设空气填充微带线单位长度分布电容为C0, 介质填充微带线单位长度分布电容为C1, 则 空气微带线传播相速： 介质微带线传播相速： 引入微带线等效介电常数 设空气微带线特性阻抗为 ，则实际微带线特性阻抗为 只要求得空气微带线的特性阻抗 及有效介电常数 , 就可求得介质微带线的特性阻抗。 工程上常用的一组实用经验公式:  (1) 导带厚度为零时 w：导带宽度 h：基片厚度 (2) 导带厚度不为零时 仍采用上式计算，但对微带线形状比参数要进行修正。 3、微带线波导波长 微带线的波导波长与有效介电常数 有关, 即与微带线结构有关。对同一工作频率, 不同的微带线有不同的波导波长。 4、微带线衰减常数 微带线是半开放结构, 除有导体损耗和介质损耗外, 还有一定的辐射损耗。 1）选择表面电阻率很小的导体材料（如金、 银、 铜）； 2）提高微带线加工工艺（增加导带厚度到为 5~8 倍的趋肤深度，尽量降低导体粗糙度到在微米量级以下）。 a、降低导体的损耗的措施 选用介电常数较大的基片，并使导带宽度W大于介质厚度h（频率较低时，电磁场被限制在微带线附近，辐射损耗小）。 b、减小辐射损耗的措施 一般情况下, 微带线介质衰减远小于导体衰减, 可忽略。 c、介质损耗 5、微带线色散效应 当工作频率较高时（5GHz), 微带线中由TE和TM模组成的高次模使特性阻抗和相速随着频率变化而变化, 从而具有色散特性。 四、微带线的尺寸设计考虑 当工作频率提高后，微带线中除了传输准TEM模以外，还会出现高次模。 当微带线的尺寸w和h给定时，最短工作波长只要同时满足 就可保证微带线中主要传输TEM模。 限制TE高次模 限制TM高次模 限制表面波高次模 3-3 矩形波导 矩形波导是横截面为矩形的空心金属管 可避免外界干扰和辐射损耗 导体损耗低 功率容量大 一、结构 二、矩形波导中传输波型及其场分量