微带线不连续性专题培训课件
2.3微带电路不连续性
微带线不连续性元件
第二类计算微带不连续性的方法是等效电路模 型法。等效电路模型中电感和电容的计算表达 式可以根据电磁场数值解的S参数矩阵，用计 算机拟合得出。用等效电路模型的公式计算比 求解电磁场方程要快几个数量级。但是，拟合 出的表达式都有一定的使用范围，在指定的基 片介电常数、微带宽度、频率范围内具有足够 的精确度。当然，由于使用范围所限以及存在 拟合误差，其计算精度略低于电磁场数值解。
§2.3 微带电路的不连续性
微波电路不连续性 微带元件
微波电路不连续性
在微波集成电路中，由于电气性能和结构上的需要， 电路中各种元件之间，以及分布和集总元件之间总是 存在着不连续性。典型的微带不连续性元件如图2.7 所示，包括开路和短路线、导体间的间隙、阻抗变换 器、直角和非直角的弯头以及交叉结。与这类不连续 性有关的电抗可被称为寄生电抗，因为它们不是人为 引起的。这类不连续性会对电路产生影响，主要包括 ：窄带电路中频率偏移；输入输出电压驻波比变差； 引起宽带IC电路增益较大起伏；影响多功能电路中的 接口；由于不连续性使电路性能变坏而使成品率变低 ；在高增益放大器中造成表面波和辐射耦合引起振荡 。
半圆短路线
扇形分支
典型的微带线不连续性
（a）开路端
（b）导体间的间隙
耦合线滤波器
（c）宽度跃变
阻抗变换器
（d）直角弯
帯 切 角 和 不 带 切 角
（e）T型结
（f）交叉结
低阻抗短线
微带元件
θ
C L
C
（a）微带线段
（b）线段等效电路
Z op
Zop
θop
（d）开路分支等效电路
（c）终端开路分支
Zsh
θop
ZshBiblioteka （e）终端短路分支（f）短路分支等效电路
第六章 微带线
在
微带线的设计
电磁场理论与微波技术 · 南京大学电子科学与工程系· rxwu
只
当 A>1.52，微带线为窄带线。
在
Z A= 0 60
εr + 1 εr − 1 0.11 + 0.23 + εr 2 εr + 1
内
部
•
确定微带线是宽带线还是窄带线。判别参数
使
已知微带线的特性阻抗Z0和基片的εr，求微带线特征尺寸 (W/h)
We = W + ∆W
1.25 t 2h 1 + ln ∆W π h t = 4πW h 1.25 t 1 + ln t π h
内
部
使
用
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只
W 1 ≥ h 2π 1 W ≤ h 2π
只
在
R0 Rs ∂L0 αc = = 2Z 0 2µ0 Z 0 ∂n
内
ωδ ∂L0 Rs ∂L0 = 2 ∂n µ0 ∂n
部
( ∂L0
∂n ) 包括了接地面和导带表面的后退引起的电感增量
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只
Rs ∂L0 W ∂W αc = + 1 + µ0 Z 0 h ∂ (W h ) 2h ∂t 京大学电子科学与工程系· rxwu
只
在
内
部
使
用
微带线来源与结构形式
电磁场理论与微波技术 · 南京大学电子科学与工程系· rxwu
只
在
内
部
使
同轴线和微带线
微带线的历史与发展
微带线技术起源于20世纪50年 代，最初是为了解决微波集成电
路中传输线的问题。
随着薄膜工艺和半导体技术的不 断发展，微带线逐渐成为微波和 毫米波集成电路中重要的传输线
形式。
目前，微带线已经广泛应用于通 信、雷达、电子对抗、卫星通信
等领域。
微带线的应用场景
01
02
03
04
传输和处理。
03
同轴线和微带线的比较
03
同轴线和微带线的比较
结构比较
• 总结词：同轴线和微带线在结构上存在显著差异。 • 同轴线由内导体、绝缘介质和外导体三部分组成，内导体通常是实心铜线或钢管，绝缘介质是电介质，外导体
是金属管或金属编织网。而微带线则是印刷在介质基片上的导体带，通常采用薄膜工艺制造，具有很薄的导体 层和介质层。 • 同轴线的尺寸较大，适用于传输宽带信号和高功率信号，而微带线尺寸较小，适用于集成度高、重量轻、低成 本的通信系统。 • 同轴线的内导体和外导体都是连续的，而微带线的导体带通常是断裂的，需要在两端进行连接。
性能比较
总结词：同轴线和微带线在性能方面 也存在差异。
同轴线的屏蔽性能较好，可以减少外 界干扰和信号泄漏，而微带线的屏蔽 性能较差，容易受到电磁干扰的影响。
同轴线的传输带宽较窄，通常用于低 频和高频通信系统，而微带线的传输 带宽较宽，适用于各种无线通信系统。
同轴线的损耗较小，适用于长距离传 输，而微带线的损耗较大，通常用于 短距离通信系统。
自动化等。
02
微带线简介
02
微带线简介
微带线的定义
01
微带线是一种传输线，它由一条 导带和两侧的接地板构成，导带 通常采用薄膜工艺制作在衬底上 。
(整理)微带不连续性电路
微带不连续性电路在垂直拐角处，T字型接口和十字连接点处信号的分析摘要：微带线的垂直拐角，T字型接口和十字连接点处过量的静电荷分布符合微积分方程。
通常这种分布可以用公式表达，然后用一种投影的方法解决。
大多数微带不连续电路信号都可以用图解的方法呈现出来。
这样和表格里的数据进行比较就可以得到想要的实验结果。
介绍：大量的文章被发表过，特别是过去的几年里。
这些文章都是探讨如何解决各种不同的微带不连续性信号问题的。
例如开路，缺口电路，阶梯电路，在早期的出版物中，一种新的方法，关于什么能够决定开路，缺口电路和阶梯电路里信号的微带不连续性问题被提出来。
这种方法直接决定了多余的不连续电容，从而总体的精度可以不受连续性信号衰减的影响。
这种方法可以容易的扩展到其他结构，例如：微带电路的垂直拐角，T字型连结点，和十字型结点，对于这三种结构，可利用的数据往往很少。
定义和方法：介绍已经用过的方法的最好途径就是按照实际得到在不同的间断点处剩余电荷满足的微分方程，从而得到电流的微分方程。
首先定义一些符号，并阐述一个关键的技巧。
用（）表示电动势，在微带传输线的平面内的一点是由无限的类微带的剩余电荷分布决定的（）。
如果一条无限长的微带线上面分布着静态电荷，那么一个最终形式的电荷分布产生了。
电荷的下标x和电动势的坐标和表明微波传输带的轴线和x轴平行，下标1代表微带线宽和高的比例（w／h）。
当含义很明显的时候，这两个通常可以省略。
所以：（）（）=（）（）（；）d。
（1）接下来用（）（）代表电动势，在微带线的平面的x=处，是类微带的电荷分布极性突然反向，于是得到了下面公式：（）（）=（）（）（；）d。
（2）其中（1）式中的（y，y’）有以下式子给出：（y，y’）=（）（）（）（）（3）这里y和微波传输带相互平行的平板上有代表性的坐标。
对于公式（2）有：（x，y；）=【f（0）-（1-K）f（n）】(4)这里f（n）=(5)格林函数，；代表基片顶端任意一点（x，y）处的电动势的值。
微波集成电路学习资料3：微波混合集成电路
3.1概述
3.1概述
混合集成电路应用:
毫米波T/R组件
低噪放 混频器
倍频器
3.1概述
本章将从工程设计角度出发，主要介绍 如下内容： • 1．微带电路设计的相关问题。 • 2．基本微带元件。 • 3．部分重要的固态电路。
3.2微带集成电路中的不连续性
3.2.1 概述
当微带电路产生不连续性时，将带来如下影响： ➢第一，不连续性区域将发生能量的存储； ➢第二，产生反射波； ➢第三，场通过连续性区域后重新沿均匀线传输 时，与进入不连续性区域之前有所不同，时延 效应将产生相位上的变化，而不连续处存在的 损耗将产生信号幅度上的变化。
或并联谐振回路。
3.2.8微带线实现集总元件
L C
L C
3.2.8微带线实现集总元件
➢如果是一个串联谐振和一个接地的并联 谐振相互级联，其响应又如何？
d
CL LR
. . . CR
LL. . .
3.2.8微带线实现集总元件
直接的直角拐角会产生较大反射。为了减小反射，把拐角 的外部切成 斜角，利用两次反射的相互抵销达到匹配。斜 角边长是使两次反射 “抵消”的关键。
微带匹配拐角（a）50欧姆；（b）任意宽度
3.2.5微带线拐角
3.2.5微带线拐角
3.2.6微带线T接头
• 微带T 型接头在微带电路中应用广泛，如分支 线电桥等。
求偶模电容Ce
3.2.4微带间隙
二、两条微带反对称馈电，这时候，C12等于两 个串联，中心点等效为接地。
求奇模电容Co
C1
1 2
Ce
11 C12 2 Co 4 Ce
3.2.5微带线拐角
在拐角地区如同有一个并联电容，路径的 加长如同是两段短传输线或是两个电感。
基于HFSS的微带线不连续性仿真分析
基于HFSS的微带线不连续性仿真分析孙海青;张鑫;陈建囡【摘要】射频电路印制板(PCB)中经常会出现微带线拐角.这种微带线的不连续结构会影响信号传输质量.为了分析各种不连续性结构带来的信号质量影响情况,采用Ansoft HFSS软件仿真的方法,定量分析常用的3种不连续结构对信号质量带来的影响.仿真结果显示,外斜切直角拐角和圆弧拐角的传输特性(插入损耗和回波损耗)都优于直角拐角.【期刊名称】《雷达与对抗》【年(卷),期】2017(037)001【总页数】3页(P45-47)【关键词】射频电路印制板;微带线不连续性;直角拐角;圆弧拐角【作者】孙海青;张鑫;陈建囡【作者单位】中国船舶重工集团公司第七二四研究所,南京211153;中国船舶重工集团公司第七二四研究所,南京211153;中国船舶重工集团公司第七二四研究所,南京211153【正文语种】中文【中图分类】TN41在射频电路印制板中,微带线是最常用的一种平面传输方式,易于和其他有源、无源器件相连接,制作简单,加工方便。
但是,限于印制板尺寸,微带线无可避免会有拐角产生。
这种拐角微带线就是典型的微带线不连续结构,而这种不连续结构会影响射频信号传输质量。
在设计微带电路特别是精细设计时必须考虑这种不良影响,否则会带来较大设计误差。
本文对电路设计中常用的3种拐角结构进行仿真分析,得出最优设计,把微带线不连续性带来的不良影响降到最小。
在印制板电路中,微带线的特性阻抗只与板材的介电常数εr、微带线尺寸W和介质层厚度d有关,与传输线的长度无关,是传输线的固有属性。
一般均匀微带线的特性阻抗[1]:其中ε为微带线的有效介电常数:电路中一般采用微带线50Ω匹配设计,在εr和d确定的情况下可以算出50Ω匹配微带线的线宽W。
对于如图 1 所示的均匀微带线而言,由于微带线的线宽W不变,微带线上沿传输线方向的任何一处特征阻抗都是相等的。
当PCB信号沿均匀微带线传输时,它本身不会引起信号的反射,对信号传输特性不会产生影响。
微带线
微带线一般的传输线由两个或两个以上的导体组成，用来传输横电磁波（TEM波），常见的传输线有双线、同轴线、带状线和微带线等。
其中，微带线是最普遍使用的平面传输线之一，微带线可以用光刻工艺制作，并且易于与其他无源和有源器件集成，因此被广泛应用于印刷电路板中。
在精密电路设计中，人们往往容易忽略印刷电路板本身的电特性设计，而这对整个电路的功能可能是有害的。
如果电特性设计得当，它将具有减少干扰和提高抗干扰性的优点。
在高速电路中，应该把印制迹线作为传输线处理。
常用的印制电路板传输线是微带线和带状线。
微带线是一种用电介质将导线与接地面隔开的传输线，印制迹线的厚度、宽度和迹线与接地面间介质的厚度，以及电介质的介电常数，决定微带线特性阻抗的大小。
微带线的几何形状如图（a）所示，导带的宽度w 是印在薄的、接地的介质基片上，基片的厚度为d，相对介电常数，电磁场示意图如图（b）所示。
实际上，微带线的准确场是一个混合TE-TM波，需要更加先进的分析技术，但在大部分的实际应用中，介质基片电气上很薄（d <<），所以场是准TEM波。
换句话说，场本质上与静电场是相同的。
因此，通过静态或准静态解，可得到相近的相速、传播速度和特性阻抗。
1. 微带线是一根带状导(信号线)．与地平面之间用一种电介质隔离开。
如果线的厚度、宽度以及与地平面之间的距离是可控制的，则它的特性阻抗也是可以控制的。
2. 带状线是一条置于两层导电平面之间的电介质中间的铜带线。
如果线的厚度和宽度、介质的介电常数以及两层导电平面间的距离是可控的，那么线的特性阻抗也是可控的.单位长度微带线的传输延迟时间，仅仅取决于介电常数而与线的宽度或间隔无关3. PCB的特性阻抗Z0与PCB设计中布局和走线方式密切相关。
影响PCB走线特性阻抗的因素主要有：铜线的宽度和厚度、介质的介电常数和厚度、焊盘的厚度、地线的路径、周边的走线等。
4. 当印制线上传输的信号速度超过100MHz时，必须将印制线看成是带有寄生电容和电感的传输线，而且在高频下会有趋肤效诮和电介质损耗，这些都会影响传输线的特征阻抗。
电磁场课件-第三章微带传输线
在微带线中，导波速度受到介质和导 体材料的影响，不同材料的微带线具 有不同的导波速度。
传播常数与衰减
传播常数
传播常数是描述电磁波在传输线中传播特性的参数，包括相位常数和衰减常数。
衰减
在微带线中，电磁波会因为介质和导体材料的损耗而发生衰减，衰减的大小与传输线的长度和频率有 关。
04 微带线的传输模式
降低介质损耗的方法包括选择低损耗的介质材料、降低介质温度和减小电场强度 等。
色散特性
色散是指不同频率的信号在传输过程中具有不同的相速度和 群速度的现象。在微带线中，色散主要与介质的介电常数和 电导率等因素有关。
了解色散特性对于设计高性能的微带线系统和避免信号失真 非常重要。通过优化微带线的结构和参数，可以减小色散效 应，提高信号传输质量。
03 微带传输线的电气特性
电场分布
电场分布特点
在微带线中，电场主要分布在导体和介质之间，而导体内部 电场强度较小。
电场分布与传输模式
电场的分布与传输模式有关，例如在准TEM模式下，电场主 要分布在导体两侧，而在其他模式下，电场分布可能更加复 杂。
阻抗与导波速度
阻抗计算
微带线的阻抗可以通过其几何尺寸和 介质参数计算得出，阻抗值与传输线 的特性阻抗有关。
微带线的宽度通常在几毫米到几十毫 米之间，根据传输信号的频率和介质 基片的电气性能来选择合适的宽度。
厚度
微带线的厚度通常在几微米到几百微 米之间，较薄的介质基片可以减小线 路的介质损耗，提高传输效率。
介质基片
种类
常用的介质基片有氧化铝、陶瓷、聚四氟乙烯等，根据应用场景和性能要求选 择合适的介质基片。
响。
应用场景
01
02
03
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3.2.1 概述
微带集成电路中不连续性种类
微带开路端/端节线； 微带线的阶梯跳变； 微带间隙； 微带线的拐角； 微带线T接头； 微带线十字接头;
1
jC0c
ZC
ZL ZC
jZC jZL
tan( tan(
l) l)
|ZL
jZ
=
C
cot(
l)
C0c
1
ZC
tan(
l)Leabharlann l ZC3.2.2微带线的开路端/截断端
微带线开路端/截断端的等效电路 测量法确定微带开路端等效理想开路线长度
•测量出一段长为l 、两端开路微带线谐振频率和谐振波长
（半波长谐振器）
g l 2l
2
l g l
42
•所 测 得 的 谐 振 波 长 g 和 微 带 TEM 波 波 长 gTEM不同,两者关系可表示为：
1
g
1
gTEM
1
(
h gTEM
)2
目录
3.1 概述 3.2 微带集成电路中的不连续性 3.3耦合微带线定向耦合器 3.4微带线三端口功率分配器 3.5微带分支线定向耦合器和微带环形电桥 3.6微波集成滤波器
3.1 概述
微波集成电路发展——小型化、低电压、高可靠性，低成本
二次世界大战期间，主要采用波导立体电路； 1950s,平面传输线概念被提出； 1960s, 带状线、微带线问题解决，微波集成电路（MIC）开始发展; 1970s,氧化铝基片和薄膜工艺发展，使得MIC进入高速发展期； 1980s, MIC基本成熟。
3.2.3微带间隙
奇偶模法分析微带间隙 • 偶模激励：
Ce 2C1 • 奇模激励：
Co C12C12
3.2.4微带线的阶梯跳变
微带线阶梯阶梯跳变应用
阶梯阻抗变换； 高低阻抗低通滤波器; ……
3.2.4微带线的阶梯跳变
微带线阶梯跳变等效电路
•两条不同导带宽度微带线的连接处，较 宽微带线局部被截断 •在连接处宽条带电流线连续地向窄条带 聚集，宽条带截断区面电流密度变小， 面电荷密度减小，低特性阻抗线的电流 密度变小。 •微带阶梯跳变处，电能减少，磁能增加； 阶梯跳变呈感性，可由电感等效
微波电路实际上是由多个不连续性构成而实现特 定功能的电路；
微波“不连续性”的分析方法：
严格的场方法(——数值方法) 分布参数等效电路法(——TEM波传输线)
3.2.1 概述
微带不连续性是构成微带电路的基本单元 微带不连续性是实现微带线路功能的基本单元，微带电路
实际上是由多个不连续性级联构成的 微带电路不连续性采用“场”、“路”结合的方法分析
3.2.2微带线的开路端/截断端
微带线开路端/截断端的应用
λ/4开路线; 微带到波导探针过渡; 微带线匹配枝节; ……
3.2.2微带线的开路端/截断端
微带线开路端/截断端的等效电路 微带开路端实际等效为RLC终端
•开路端末将出现过剩电荷，过剩电流，辐射能量； •过剩电荷是主要的
通常，微带开路端可由一个可等效电容或一段 理想开路线
• 需考虑传输线传播特性： （1）传播模式；（2）阻抗；（3）相移
传输线的材料、结构、尺寸
3.2.1 概述
微波电路由分布参数方法分析和设计
• 微波电路可等效为分布参数电路网络
分布参数元件L、C由不同传输线段实现
微波频率高，电路所需L、Ｃ元件值小
不同传输线段具有不同的“电抗集中效应”（电场、磁场集中），
直流、低频电路由R、L、C等集总元件构成，由集总参数方法
分析和设计
• 电路中可明确区分出R、L、C；电路为由R、L、C元件构成的网络；
• 不用过多考虑传输线——导线形状尺寸和信号通过的损耗和相移；
• 相对于工作波长，电路尺寸小，信号通过附加路劲相移可忽略
微波电路由分布参数方法分析和设计
• 电路不能明确区分出R、L、C；电路严格地分析实际上是求解电磁场边 值问题；
微带电路已成为微波混合集成电路的主要形式
微带传输线半开放结构便于集成固态器件和调试 微带线良好传输特性
(1)工作频率＜最低上限频率，可实现单模传输 (2)弱色散特性 (3)准确地设计分析方法 (4)精确的加工工艺 低成本，批量化
3.2微带集成路中的不连续性
3.2.1概述
微波电路及不连续性
•微带阶梯跳变处，电界面和几何界面不 一致。电界面向宽条带偏移
3.2.4微带线的阶梯跳变
波导模拟法定性分析微带线阶梯跳变 （1）将微带线用平板波导等效
• 特性阻抗相同:Zc
• 相位常数相同: 00e
• 基片厚度等于板间距:h
ZC
1 vp C0
1
1
00e
(1970s起 )
MMIC
波导立体
平面混合
电路
集成电路
SOC
MCM
第一代 (1940s起 ）
第二代 (1960s起 )
(1990s起 ) 第三代
第四代 21世 纪
3.1概述
微波混合集成电路定义：
在氧化铝陶瓷、蓝宝石、铁氧体以及复合介质等绝缘介质衬底上，采用 薄膜或厚膜技术制作出微波集成传输线和分布参数电路，并与带封装的 或裸芯片固态器件、片式元件（电阻、电容或电感）组合在一起，构成 具有完整电路或系统功能的集成电路
可实现L、C功能 (——不是简单、独立的L、C )
由微波传输线段构成的、体现“电抗集中效应”的微波电
路网络通常被称作微波电路的“不连续性”
“不连续性”概念和传输线行波传输状态相对；
不连续性区域将产生反射；
不连续性区域将发生能量的存储； 不连续性区域将产生相移
确定不连续性性质
3.2.1 概述
是介于0.7-1.07之间的常数，h是基片厚度
3.2.3微带间隙
微带间隙及其等效电路
Π-型电容网络
特性：
• 由于两条微带截断端相互影响，C1≠COC ； • 间距s越大， C12越小， C1就越接近COC； • 间距s越小， C12越大， C1就越小； • s : 0→∞， C1：0 → COC ， C12 ：∞ → 0