微带传输
论微带天线传输宽频化设计
论微带天线传输宽频化设计摘要:本文基于微带天线宽频化技术的特点,首先对于微带天线进行了细致的阐述,包括其基本形式、分析方法和参数等;接着又对其工作辐射机理进行分析;然后有详细的介绍了微带天线宽频化处理的具体方法,主要有参数修改、等效多谐振点产生等方式;最后通过一种圆极化微带天线具体实例的宽频化处理来阐述这些方法的可行性,包括馈电方式展宽、多谐振展宽以及引入耗损展宽等,并得到了很好的展宽效果。
同时也提供了一种微带天线宽频化的方法。
关键词:微带天线宽频化设计方法随着无线通信技术的发展与无线产品的普及与应用,尤其是近年来超宽带无线通信技术的进步,促使人们对于宽带天线的研究更加的趋于大范围、小体积、高效率和便捷安装的要求,实际上,这就是提出了微带天线的发展与研究。
对于微带天线来说,具有诸多优点而得到人们的广泛关注。
在过去的50多年中,微带天线技术得到了长足的进展,也渐渐的成为一个理论成熟和实用的天线领域的学科:早在20世纪50年代,G.A.Decamps教授就提出可以利用微带线辐射效应来制造微带微波天线;到了70年代,随着单片机技术的发展,以及各种新型材料的出现,使得微带天线在全世界范围内的重视;到了80年代,微带天线在理论方面与应用方面都得到了进一步的提升……至此,微带天线技术已经形成了天线领域一支独立的学科,被广泛的应用于全球定位系统、直播卫星、个人通讯、无线局域网以及智能高速公路交通系统等方面。
尽管微带天线技术在今天发展迅速,应用广泛,然而其也有一定的缺陷,即阻抗带宽较窄。
一般来说,微带单贴片的带宽只在百分之零点几到百分之几。
因此可以说,微带天线的频带展宽技术意义重大。
1 微带天线概述1.1 概述自20世纪50年代Decamps教授提出微带天线以来,针对各种微带天线产品和各种优缺点的研究蓬勃发展起来,目前已广泛应用于航空航天、国防、通讯等方面。
与其他天线形式相比,微带天线主要有以下的优点:(1)体积小、重量轻、携带特别方便;(2)成本低廉,能够实现批量生产;(3)微带天线能够与一些受隐蔽性或空气动力学限制的载体达到共型的目的;(4)对微带天线贴片稍许加工,再加之合适的馈电系统,可以实现双频和双极化天线;(5)能够满足线性极化波与圆极化波的要求;(6)微带天线从本质上来讲,属于微波电路范畴,因此,可与亏点网络以及微波电路系统共同被制造出来,这样大大减少了制造成本,同时还可以提高效率。
带状线和微带线
E z(x,b)0
E z(x,0)0
理想导体表面， 电“立”
3. TM波（E波）[6]
物理意义：
Z向无限长的理想波导中，沿此方向的场有 e jz
的行波特征。 在z＝常数的横截面内，导波场有驻波分布特征。 各场分量的幅度系数D取决于激励的强度。 任意一对m，n的值对应一个基本波函数，为一本
1. 带状线
带状线又称三板线, 它由两块相距为b的接 地板与中间宽度为w、 厚度为t的矩形截面 导体构成, 接地板之间填充均匀介质或空气。 由前面分析可知, 由于带状线由同轴线演化 而来, 因此与同轴线具有相似的特性, 这主 要体现在其传输主模也为TEM, 也存在高 次TE和TM模。带状线的传输特性参量主 要有:
(a, ) V0 (b, ) 0
(a,)V0 c1lnac2 (b,)0c1lnbc2
(r,) V0 ln(b/r)
ln(b/ a)
E 0 t(r,) t(r,) (r ˆ ( r r,) r ˆ (r ,))
rˆ V0 r ln(b / a)
因此电场为：
E ( r ,,z ) E 0 t( r ,) e jz r ln r ˆ ( V b 0 /a )e jz r ˆ E m e jz
z
Ez
E
圆波导是空心的 金属管
处理圆波导采用 圆柱坐标系比较 方便
我们仍然采用矩 形波导的思路并 从（24）式开始
0
Er
y
x
r
t2 F z(u ,v ) k c 2 F z(u ,v ) 0（24）
只不过 E z ( a ,) A 1 J n ( k B c a ) cn o 0 s ) 0 (
基本要求
对微波集成传输元件的基本要求之一就 是它必须具有平面型结构, 这样可以通过 调整单一平面尺寸来控制其传输特性, 从 而实现微波电路的集成化。
微带传输线微带电容微带电感设计
在航空航天领域，对微带元件的高 可靠性、高稳定性和轻量化等要求 更高，因此该领域的发展潜力巨大。
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耦合器、振荡器等。
在通信系统、雷达系统、卫星通 信等领域，微带线电容被用于实 现信号的传输、处理和转换等功
能。
此外，微带线电容还可以用于制 作传感器、天线、功率放大器等 电子器件，具有小型化、集成化、
高性能等优点。
03
微带电感设计
微带线电感的基本原理
微带线电感是由微带线绕成一定 形状的电感器，其工作原理基于
薄膜工艺
发展薄膜工艺，降低微带 元件的介质厚度，提高元 件性能。
3D打印技术
利用3D打印技术制造微带 元件，实现个性化定制和 快速原型制作。
新应用领域的开发
物联网领域
随着物联网技术的快速发展，微 带元件在物联网设备中的应用将
更加广泛。
医疗电子领域
由于微带元件具有小型化、低功耗 和高集成度等特点，其在医疗电子 领域的应用前景广阔。
优化设计的应用实例
微带传输线
在无线通信系统中，通过优化微带传输线的设计，实现信号的高 效传输。
微带电容
在滤波器、振荡器等电路中，优化微带电容的设计可以提高电路的 性能。
微带电感
在射频识别（RFID）标签、无线传感器网络等领域，优化微带电 感的设பைடு நூலகம்有助于提高识别准确性和通信距离。
05
微带传输线、微带电容 、微带电感的未来发展 趋势
微带传输线、微带电 容、微带电感设计
目录
• 微带传输线基本理论 • 微带电容设计 • 微带电感设计 • 微带传输线、微带电容、微带电感的
优化设计 • 微带传输线、微带电容、微带电感的
第三章微波传输线平行双线与同轴线
各种微波集成传输线
① 准TEM波传输线, 主要包括微带传输线和共 面波导等(a)-(c);
② 非TEM波传输线, 主要包括槽线、 鳍线等 (d);
③开放式介质波导传输线, 主要包括介质波导、 镜像波导(e-f);
2 从同轴线到金属波导管
• 金属波导：和同轴线比较，波导管除去内 导体，不仅降低了内导体的损耗而且提高 了传输线的功率容量；
• 其缺点是比较笨重、高频下批量成本高、 频带较窄等。
3 微波集成传输线
• 随着航空、航天事业发展的需要, 对微波 设备提出了体积要小、重量要轻、 可靠性 要高、性能要优越、一致性要好、 成本要 低等要求, 这就促成了微波技术与半导体 器件及集成电路的结合, 产生了微波集成 电路。
1
1
c
vp
L0C0
r r
p
2
vp f
0 r r
当同轴线的截面尺寸与工作波长可比 拟时，同轴线内将出现高次模式。 要使同 轴线工作于TEM模式，则同轴线的内外半径 应满足以下条件：
min
1
2
D
d
3 损耗特性
通常同轴线介质损耗很小，其传输 损耗基本上决定于导体的欧姆损失。 同轴线的衰减常数仍可按下式估算
通频带：0~nGHz，语音信号
在实际中,广泛使用不同型号的电缆连 接接头（Cable Connector）以实现电缆的 连接， 尽管其功能相似， 但结构不同。 它们的共同点都是将电缆的内导体和外导 体分别连接起来， 使用时要注意连接头电 气和机械很好的匹配。
微带传输线概述解析
《射频电路》课程设计题目：微带传输线概述系部电子信息工程学院学科门类工学专业电子信息工程学号1108211042姓名杨越2012年06月30日微带传输线概述摘要本课程设计主要介绍了微带传输线在实际应用中比较基础且较重要的几个知识点，并没有详细的对微带线的各个参数及特性作细致的说明。
例如微带线的近似静态解法、微带线的谱域分析等在本设计中都未曾提及，这与此课程设计的制作人本身的理解能力有着千丝万缕的关系。
在后续的微带线设计中，此处所提到准TEM特性、微带线的特性阻抗以及有效介电常数等参数，对于整个微带线系统的确立与实现都有着很重要的关系。
例如在设计微带线低通滤波器的时候，当通过低通滤波器原型的电路多次变换计算得到最终的电路时，这时就需要面对将电路图实现微带线的问题，而此时需要的就是特性阻抗的知识。
首先，根据特性阻抗值与相对介电常数确定w/h的范围（假设t=0），再由范围选择w/h的具体计算公式，从而求得微带线的宽度。
由有效介电常数求出相速度，再求出波导波长，由此可算出微带传输线的长度，等等。
关键词：微带线准TEM特性特性阻抗有效介电常数相速度波导波长前 言微带线是（Microstrip Line ）是20世纪50年代发展起来的一种微波传输线，是目前混合微波集成电路（hybird microwave integrated circuit ,缩写为HMIC ）和单片微波集成电路（monolithic microwave integrated circuit ，缩写为MMIC ）使用最多的一种平面传输线。
其优点是体积小、重量轻、频带宽、可集成化；缺点是损耗大，Q 值低，功率容量低。
由于微波系统正向小型化和固态化方向发展，因此微带线得到了广泛的应用。
一 微带线的结构微带线是在金属化厚度为h 的介质基片的一面制作宽度为W 、厚度为t 的导体带，另一面作接地金属平板而构成的，如图1-1所示。
其中，r ε为介质基片的相对介电常数。
微带天线的工作原理
微带天线的工作原理
微带天线的工作原理是基于一种被称为微带传输线的技术。
微带传输线是一块细长的金属带（称为微带）通过一块绝缘基板与地面之间连接。
当电流在微带上流动时，产生的电磁场会引发辐射，这种辐射效应使得微带传输线可以作为天线使用。
微带天线的主要原理包括以下几个方面：
1. 辐射模式：微带天线的辐射模式取决于微带的几何形状和尺寸。
通过调整微带的长度、宽度和形状，可以实现不同的辐射模式，例如方向性的、全向的或者扇形的辐射。
2. 地平面：微带天线的底部通常需要一个地平面（通常是金属板），以提供一个反射面来增强天线的辐射效果。
地平面的大小和形状对天线的性能有很大影响。
3. 驻波效应：微带天线在工作频率附近会形成驻波，即在天线上引起电流分布不均匀的现象。
通过调整微带的尺寸和结构，可以控制驻波的频率和幅度。
4. 互耦效应：在一些特殊的微带天线结构中，微带之间存在一定的电磁耦合效应。
这种互耦效应可以实现一些特殊的功能，例如宽带天线、多频段天线或者极化转换器。
总之，微带天线的工作原理是利用微带传输线的结构和辐射效
应来实现无线电频段的信号接收和辐射。
通过调整微带尺寸、形状和结构，可以实现不同的辐射模式和性能。
微带线的辐射损耗和导体损耗
微带线的辐射损耗和导体损耗
微带线是一种常用的微波传输线，广泛应用于各种微波、毫米波系统。
然而，微带线在传输信号时也会产生一些损耗，主要包括辐射损耗和导体损耗。
辐射损耗主要是由于微带线的电磁场与周围介质和空间发生相互作用而产生的能量散失。
当微带线中的电场和磁场向周围空间辐射时，会有一部分能量转化为周围介质或自由空间的能量，从而导致能量的损失。
辐射损耗的大小与微带线的几何尺寸、介质材料、工作频率等因素有关。
导体损耗主要是由于微带线中导体的电阻而引起的能量损失。
当电流在微带线中传输时，会有一部分电能转化为热能，从而产生能量损失。
导体损耗的大小与导体的电阻率、电流密度、工作频率等因素有关。
为了减小微带线的损耗，可以采用以下几种方法：
选择低电阻率的导体材料，如金、银等。
减小微带线的宽度和厚度，以减小电流密度和电阻。
使用低损耗的介质材料，如聚乙烯、聚四氟乙烯等。
优化微带线的结构和设计，以减小辐射损耗和导体损耗。
在实际应用中，需要根据具体的应用场景和性能要求来选择合适的微带线结构和材料，以获得最佳的传输效果和最小的能量损失。
同时，也需要综合考虑微带线的其他性能指标，如传输速度、带宽、阻抗匹配等，以确保整个系统的稳定性和可靠性。
传输线变压器
为了实现阻抗匹配， 要求：
D端输出（或输入）信号必须是对地对称的。如果D端信号由一端接地，就需要再加入一个1：1的传输线变压器来完成由不平衡到平衡的转换。
二、功率合成网络
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由上式可得
因为：则：第24页/共 Nhomakorabea7页▲当反相激励时，即 Ea=Eb，uA=-uB
D
A
A
B
B
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几种不同封装形式的射频模块
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作业：
3.103.113.12
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感谢您的观看！
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u2
1：1传输线变压器具有最大的功率输出。但实际上，在各种放大电路中RL正好等于信号源内阻的情况是很少的。因此，1：1传输线变压器很少用作阻抗匹配元件，而更多的是用来作为倒相器，或进行不平衡-平衡以及平衡-不平衡转换。
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传输线变压器的功能
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(2)平衡与不平衡电路的转换
不平衡的输入信号源，得到两个大小相等，对地反相的电压输出。
对地平衡的双端输入信号，得到两个大小相等，对地不平衡的电压输出。
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u1
u1
u2
u2
i2
i1
i1+ i2
(3) 1：4和4：1传输线变压器
1：4传输线变压器是把负载阻抗降为1/4倍以便和信号源相匹配。在负载匹配的条件下，有 u1=u2=u和，i1=i2=i
第4页/共37页
1 宽带高频功率放大器
以LC谐振回路为输出电路的功率放大器，由于其相对通频带B/ fo只有百分之几甚至千分之几，所以又称为窄带高频功率放大器。由于调谐系统复杂，窄带功率放大器的运用就受到了很大的限制。
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第3章 微波集成传输线
• 为了适应微波电路小型化、平面化和集成 化的趋势，有许多平面集成传输线，如带 线、微带线、耦合微带线、槽线和共面波 导等。 • 它们都具有平面结构，体积小、重量轻、 可靠性高和成本低等优点。 • 这类传输线传输模式为TEM模式或准TEM 模式，因而传输频带宽。该类传输线的缺 点是传输损耗较大，功率容量小。
The transmission characteristics
(1) The effective dielectric constant e=C/C0 Where C=capacitance per unit length of the Microstrip line with a dielectric substrate (r1) C0=capacitance per unit length of the Microstrip line with an air dielectric (r=1) (2) Phase velocity
3.2.1 微带传输线的传输模式 由于微带线是由双导线传输线演变而来的，属双导体系统，所 以，若导体带与接地板之间没有填充介质基片，或者说介质就 是空气，或者整个微带线被另一种均匀的介质全部包围着，那 么，它可以传输TEM模，而且是最低模式(主模)，截止频率为 零。 然而，实际的微带线是在导体带与接地板之间填充有相对介电 常数＞1的介质基片，而其余部分是空气，所以，微带传输线 是部分填充介质的双导体传输系统。在微带线的横截面上存在 着介质与空气的交界面；也存在介质与理想导体的交界面。可 见，在微带传输线中传输的任何模式的场除了应满足介质与理 想导体的边界条件之外，还应满足两种不同介质(空气与介质) 的边界条件。由TEM模场特征和电磁场边界条件可知，纯TEM 模的场不满足这个边界条件，微带线中传输的模式(主模)并非 完全是TEM模，而是由TE摸和TM模组合而成的混合模式，是 具有色散特性的模式，这种模式通常称为准TEM模。
vp=c/ (e)1/2
(3)Phase constCharacteristic impedance
Z0 L / C LC 1 C v pC
or
Z0
1 (c / e )C
1 (c / e )C0 e
1 c e C0
1 cC0 e
3.2.2 微带传输线的传输特性
• 描述微带线传输特性的主要参数有：特性阻抗、波的传播速度(相速)，波导波 长、衰减和功率容量等。
Z
0 0
Z00 is the Characteristic impedance of the
microstrip line with an air dielectric (r =1).
e
• The effective dielectric constant of a microstrip line is given approximately by
3.2 微带传输线
• 结构与有缺点： • 微带传输线简称微带线，结构如图3-2-1所 示。它由介质基片上的导带、介质基片和 介质基片底面的金属板共同构成。
• 体积小、重量轻、稳定性好、频带宽、便于与微波集成电 路相连接等，易于实现微波系统小型化和集成化。但是， 微带传输线与同轴线和金属波导相比，也有某些缺点，主 要是损耗大，Q值低和难以承受较大的功率，目前只适用 于中小功率范围。 • 微带传输线可以看成由平行双导线演变而成 ：
• 本章主要介绍几种常见的平面集成传输线， 重点讨论带状线和微带线的一些主要工作 特性，主要内容是分析其工作模式和一些 重要传输参量等。 • 微带传输线(简称微带线)是应用比较广泛的 一种微波集成传输线，特别是应用于微波 集成电路中。微带线的基本结构形式有对 称微带和不对称微带，其中对称微带又称 带状线，不对称的称标准微带或简称微带。
e
r 1
2 2 1 q( r 1)
r 1
1 1 12d / w
Where q is the ratio of the dielectric region to the air region: the filling coefficient. When q=0 can show the fact that the Microstrip line with an air dielectric (r=1) substrate, namely, e=1. When q=1 can show the fact that the Microstrip line with an dielectric e=r