耦合微带线和耦合带状线

合集下载

耦合带状线及耦合微带线

耦合带状线及耦合微带线

4.3-6
B. 奇耦模方法(continue 4)
等效原理图4.3-5
Lm/Cm单位长度耦合电感/电容 L1/C1单线得分布电感/电容
B. 奇耦模方法(continue 5)
设电源时谐变化,由基尔霍夫定律有
dV jL1dzI1 jLmdzI2 1
dI1 jC1dzV1 jCmdz(V1 V2 )
是由于假设系统传TEM波,故
pe p 0 p
由4.3-1 4.3-2 和图4.3-4 可见 C0 >Ce 所以 Z0e>Z0o
C
r
B. 奇耦模方法
由等效图奇耦模激励的场可用 电(奇)/磁(偶)壁切分成两半. 只需分别分析单根奇模(电壁边界)/偶模 (磁壁边界)线特性,再迭加即可得到总场 的解 四端口网络(转化为)两端口网络(可用 传输线分析)
能量为 显然除了 外 还有
1 2
EDd
E1 D1d
等耦合
1 2
E2 D1d

2. 耦合线理论与奇耦模分析方法
耦合形式分为:
常用的耦合微带线是侧边耦合对称耦合微带线
耦合线理论与奇耦模分析方法 (续一)
这种类型的耦 合线可等效为 三线耦合: 假设传输TEM模. 因为导电板和接地板为非导磁体,引入 另一导体带对磁场的分布影响不大,对 电场的分别影响较大。单线L变化不大, 单线C 变化大
dV2 jL1dzI2 jLmdzI1
dI2 jC1dzV2 jCmdz(V2 V1 )
B. 奇耦模方法(continue 6)
同除dz,注意到L1=L C=C1+Cm 即有4.3-9式

dV1 dz

微带线(microstrip)和带状线(stripline)

微带线(microstrip)和带状线(stripline)

微带线(microstrip)和带状线(stripline)微带线剖面图适合制作微波集成电路的平面结构传输线。

与金属波导相比,其体积小、重量轻、使用频带宽、可靠性高和制造成本低等;但损耗稍大,功率容量小。

60年代前期,由于微波低损耗介质材料和微波半导体器件的发展,形成了微波集成电路,使微带线得到广泛应用,相继出现了各种类型的微带线。

一般用薄膜工艺制造。

介质基片选用介电常数高、微波损耗低的材料。

导体应具有导电率高、稳定性好、与基片的粘附性强等特点。

两个方面的作用在手机电路中,一条特殊的印刷铜线即构成一个电感微带线,在一定条件下,我们又称其为微带线。

一般有两个方面的作用:一是它把高频信号能进行较有效地传输;二是与其他固体器件如电感、电容等构成一个匹配网络,使信号输出端与负载很好地匹配。

1.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。

微带线2.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应和电介质损耗,这些都会影响传输线的特征阻抗。

按照传输线的结构,可以将它分为微带线和带状线。

在PCB的特性阻抗设计中,微带线结构是最受欢迎的,因而得到最广泛的推广与应用。

最常使用的微带线结构有4种:表面微带线(surfacemicrostrip)、嵌入式微带线(embedded microstrip)、带状线(stripline)、双带线(dual-stripline)。

2.微带线是位于接地层上由电介质隔开的印制导线,它是一根带状导线(信号线).与地平面之间用一种电介质隔离开。

印制导线的厚度、宽度、印制导线与地层的距离以及电介质的介电常数决定了微带线的特性阻抗。

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。

带状线和微带线

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。

微带线理论

微带线理论

在低频,基于准TEM模所计算的Zc、A是相当精确的,但是 在高频端场的纵向分量变得明显,必须予以考虑。高频效应 导致了色散现象,即微带线的阻抗和有效介电常数将随工作 频率的变化而变化。 图3.29是微带线特性阻抗随 W h 变化的曲线(宽带近 似 W h 1 ),图3.30是微带线特性阻抗随 W h 变化的曲线(窄 W 带近似, h 1 ),这些曲线以 r 为参变量,它们是根据惠勒 的精确解计算的。
(0 ) min (0 ) min h min , 2 r 4 r 1 w (0 ) min 0.4h 2 r
(3-2-18)
第3章 微波集成传输线
实际应用中, 常用的基片厚度一般在0.008~0.08 mm 之间,且都用金属屏蔽盒,从而不受外界干扰。金属屏蔽 盒的高度取为H≥(5~6)h,接地板的宽度取为a≥(5~6)w。 目前,混合微波集成电路(HMIC)和单片微波集成电 路(MMIC)中最常用的平面传输线就是微带线。它易于与 其他无源微波电路和有源微波器件连接,也易于实现微波 系统的集成化。 微带线的加工一般有两种方法,一种是采用双面聚四 氟乙烯(εr=2.1,tanδ=0.0004)或聚四氟乙烯玻璃纤维 (εr=2.55,tanδ=0.008)敷铜板,光刻腐蚀做成电路。再一 种就是在纯度为99.8%的氧化铝陶瓷(εr=9.5~10, tanδ=0.0003)基片上用真空镀膜技术做成电路。
图3.27微带线结构(a) 微带线结构; (b) 微带线的场结构
第3章 微波集成传输线
微带线是在介质基片的一面制作导体带,另一面制作接地金属 平板而构成。微带线是半开放系统,虽然接地金属板可以帮助 阻挡场的泄露。但导体带会带来辐射。所以微带线的缺点之一 是它有较高损耗并与邻近的导体带之间容易形成干扰。 微带线的损耗和相互干扰的程度与介质基片的相对介电常数 εr有关,如果εr增大,可以减小损耗和相互干扰的程度,所以 常用的介质基片是介电常数高、高频损耗小的材料,例如氧化 铝陶瓷(εr=9.5~10,tanδ=0.0002)。 微带线板的种类: 常用的有99%的氧化铝陶瓷、石英、 蓝宝石、聚四氟乙烯玻璃纤维等。

微波天线复习题

微波天线复习题

微波技术基础思考题一、填空题1、对于低于微波频率的无线电波的分析,常用 ;对于微波用 来研究系统的内部结构。

2、传输线接不同负载阻抗时,沿传输线纵向看,有三种不同的工作状态: 。

传输线可分为长线和短线,传输线长度为3c m ,当信号频率为20G Hz 时,该传输线为长线。

3、无耗传输线的阻抗具有 两个重要性质。

4、几个重要的参数:(1) 波阻抗: ;介质的固有波阻抗为εμη=,对于真空或空气,Ω==7.367000εμη(2) 特性阻抗: ,(3) 输入阻抗(分布参数阻抗):传输线上任一点的阻抗Z i n (d)定义为该点的电压和电流之比,即Z i n (d)=)()(d I d U 。

,(4) 传播常数:是描述导行波沿导行系统传播过程中的衰减和相位变化的参数,一般为复数:βαγωωj C j G L j R +==++))((1111对于无耗线:0=α,11CL ωβ=对于低耗线:d c Z G Z Rααα+=+=201021,11C L ωβ=(5) 反射系数:传输线上某点处的反射系数定义为该点的反射波电压与该点的入射波电压之比,即:)()()(d V d V d v +-=Γ,其表达式为:deLdeZLZZ L Zd v γγ2200)(-Γ=-+-=Γ,其中:Lj eL Z L Z ZL ZL Φ⋅Γ=+-=Γ0所以对于无耗线:)2()(d L j eLd β-Φ⋅Γ=Γ; 与阻抗的关系:0)(0)()(Z d in Z Zd inZ d +-=Γ; Z i n (d)=Z 0)(1)(1d d Γ-Γ+(6) 驻波系数:传输线上相邻的波腹点和波节点的电压之比,LL VV Γ-Γ+==11minmax ρ。

与阻抗的关系:Z i n (d mi n )=ρ0Z; Z L =Z 0minmin1dtg j dtg j βρβρ--(7) 无耗线在行波状态的条件是:Z L =Z 0,此时反射系数为零,驻波系数为1;工作在驻波状态的条件是:Z L =0;Z L =∞;Z L =+jX L 或-jX L ;工作在行驻波状态的条件是:Z L =R L +jX L or Z L =R L -jX L 。

精选微波技术基础知识

精选微波技术基础知识
本课内容
1、第三章、微波集成传输线常用集成传输线的种类和主要特点2、第四章介质波导和光波导
1、传播条件和波型2、特性阻抗3、波长,相速4、功率容量5、衰减
了解
微波集成传输线
微波集成传输线的最大特点是 平面化
五种重要的传输线:带状线(Stripline)微带线(Microstrip line)槽线(Slotline)鳍线(Finline)共面线(Coplanar line)
式中
微波集成传输线-带状线
带状线—优缺点和应用
1、改变线宽一个参数就改变电路参数(特性阻抗)。2、在馈线、功分器,耦合器,滤波器,混频器,开关的设计中,体积小,重量轻,大批量生产的重复性好。3、立体电路的设计,适用于多层微波电路,LTCC等,辐射小。4、封闭的电路,调试难。5、电路需要同轴或波导馈入,引入不连续性,需要在设计时补偿。6、在多层电路设计中,存在不同节点常数的介质之间的连接,介质与金属导体的连接,分析方法非常复杂,尤其对3D电路,尚缺少各种不连续性的模型和相关设计公式,采用全波分析法或者准静态场分析。
毫米波鳍线混频器
介质波导和光波导
当毫米波波段→亚毫米波段→太赫兹波段时普通的微带线将出现一系列新问题1)高次模的出现使微带的设计和使用复杂2)金属波导的单模工作条件限制了其横向尺寸不能超过大约一个波长的范围。这在厘米波段和毫米波低频段不成问题。但到毫米波高频段,单模波导的尺寸就显得太小,不仅制造工艺困难,而且随着工作频率的提高,功率容量越来越小,壁上损耗越来越大,衰减大到不能容忍的地步。因此,对毫米波段的高端及来说,封闭的金属波导已不再适用。于是,适合于毫米波高频段、亚毫米波的传输线 —— 介质波导等非封闭式的传输线(或称开波导)便应运而生
微波集成传输线-微带线

第三章 耦合微带资料

第三章 耦合微带资料

(2)分别利用对称性简化电磁场分布边界条件,实现简化分析 奇、偶模激励下的电路,并得到奇偶模响应结果;
(3)利用迭加原理得到任意激励下的电路响应
要点:分析奇偶 模激励下的电磁
场问题,并充分
利用对称性使问 电子科技大学电子工程学院《微波集成电路》讲题义简化
3.3 耦合微带线
奇偶模法分析耦合微带线
➢ 此方法即求在奇偶模激励下耦合微带线的传播特性参量与等效分布参 数参量之间的关系;
2
)
=Z
0 C
(1 K 2 )
ZCo
L C
1 1
K K
=ZC
1 1
K K
=Z
0 C
1
K
ZCe
L C
1 1
K K
=ZC
1 1
K K
=Z
0 C
1
K
K ZCe ZCo ZCe ZCo
• 均匀介质耦合微带线特性 阻抗与耦合系数的关系
ZC
Z
0 C
(1
K
2
)
Z
0;
C
ZCo
=Z
0 C
1
K
Z
0;
C
ZCe
Z
0 C
1+K
Z
0;
C
ZCo
ZC
Z
0 C
ZCe
ZCo ZCe =ZC 2;
电子科技大学电子工程学院《微波集成电路》讲义
3.3 耦合微带线
均匀介质耦合微带线特性参数:
KL KC K
➢ 奇偶模特性参量可充分表达耦合特性
1 v pe v po LC(1 K 2 )
✓ Z:ce>Zco; ✓ 紧耦合时,K >> 1, Zce >> Zco;

3.6微带相关传输线

3.6微带相关传输线

Vo
−Vo
Ve
Ve
图 2
平行耦合带线的奇偶模电场线分布
偶模(Even Mode):当给两根微带线输入幅度相等、 偶模(Even Mode):当给两根微带线输入幅度相等、相位相 同的电压 Ve 时,其电场线分布是一种相互排斥的偶对称分 布,如图 2(b)所示。 这种相对于中心对称面具有偶对称 ( )所示。 分布的模式就称为偶模,用下标“ ”表示。 分布的模式就称为偶模,用下标“e”表示。
(a)带状线的演变过程 )
图 2
带状线和微带线的演变过程
不对称微带线通常简称为微带线。 因此, 不对称微带线通常简称为微带线 。 因此 , 如果不加特 殊说明,平时所说的微带线指的都是不对称微带。 殊说明,平时所说的微带线指的都是不对称微带。 微带线可以看成是由平行双导线演变而来的, 微带线可以看成是由平行双导线演变而来的 , 其演变 由图可见, 由图可见 , 在平行双线两圆柱导 过程如图 2(b)所示。 ( )所示。 体间的中心面上放置一个无限薄的导电平板, 体间的中心面上放置一个无限薄的导电平板 , 因为电场线 仍与导电平板垂直, 没有改变导体表面的边界条件, 仍与导电平板垂直 , 没有改变导体表面的边界条件 , 故在 导电平板两侧的场分布没有改变。 导电平板两侧的场分布没有改变。
上面两式中有效介电常数可按下面经验公式计算
εe =
εr + 1 εr −1
h + 1 + 10 2 2 W
1 − 2
上式的精度为 2%。 % 为了工程应用的方便, 为了工程应用的方便 , 通过计算机把计算结果列成了 表格供设计者使用
平行耦合微带线
一、概述 二、奇偶模参量法 三、平行耦合微带线的特性参量
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

图解法
实际可用图4.3-7计算, r Z0o与 r Z0e 相应点 连线与中心线的交点即为所求的W/b,S/b
对有限厚 度,可用 修正公式 4.3-28或图 4.3-8 计 算 。
4.耦合微带特性分析
本质非均匀填充介质传输混合模:1.准静 态法(引入有效εe)、2.色散模型(保角公式 的拟和)、3.全波分析(Fourier变换) 区别耦合微带线有奇/偶模
-V V=0 V
奇模激励(odd-mode excitation): 大小相同,方向相反的电流对耦合线两
导带的激励(中心电壁)
偶模激励(even-mode excitation): 导带的激励(中心磁壁)
H=0
大小相同,方向相同的电流对耦合线两
odd/even excitation methods (continue 1)
B. 奇耦模方法(continue1)
对耦合线端口①② 的任何激励电压V1、 V2总可以分解成一 对奇,偶模激励电 压的组合:
V1 Ve Vo V2 Ve Vo
4.3-5
B. 奇耦模方法(continue 2)
对任何V1、V2可具体解出:
Ve Vo
V1 V2 2 V1 V2 2
后2个方程变为:

dI 0 dz
jC(1 kC )V0 jC0V0 Y0V0
即4.3-10式,其中:
B. 奇耦模方法(continue 8)
kL Lm / L
kC Cm / C
Lm kL L
Cm kC C
为耦合系数
耦合电感 耦合电容
B. 奇耦模方法(continue 9)
耦合线理论与奇耦模分析方法 (续二)
耦合线特性可由
有效线间电容变化 传输速度变化
解出
三线耦合等效电路如图4.3-3(b) 由对称性必有C11=C22
C11为导体2不存在
时的对地自电容
时的对地自电容 时的对地自电容
C22为导体1不存在
C12为接地板不存在
<1> 奇耦模分析方法——利用对称性
( odd/even excitation methods )
eo
Co ( r ) Co (1)
ee
Ce ( r ) Ce (1)
耦合微带特性计算方法
保角变换求出:
Co ( r ), Ce ( r ) Co (1), Ce (1)

再使用4.3算用图4.3-9
于是
po
0

1 L0 C0

1 LC (1 K L )(1 K C )
4.3-11 4.3-12
go
Z 0o
2
0

p0
f
1 K L 1 K C
L0 C0
Z0
4.3-13
耦模激励状态
利用:
V1 V2 Ve
I1 I 2 I e
jL(1 kL )I e jLe I e Ze I e
2

4.3-19
4.3-20 4.3-21
go ge
Z 0o Z 0
f
1 1
Z0e Z0
1 1
4.3-22
均匀填充介质的对称线-TEM波(continue 2)
上面两式相乘有:
相除可解得:
Z0 Z0e Z0o 4.2-23
2

Z0e Z0o Z0e Z0o
odd/even excitation methods (continue 2)
奇模电容——奇模激励下,单根导带对地 的分布电容C0 C0=C11+2C12=C22+2C12 4.3-1
偶模电容——在偶模激励下,单根导带 对地的分布电容Ce Ce=C11=C12 4.3-2
odd/even excitation methods (continue 3)
是由于假设系统传TEM波,故
pe p 0 p
由4.3-1 4.3-2 和图4.3-4 可见 C0 >Ce 所以 Z0e>Z0o
C
r
B. 奇耦模方法
由等效图奇耦模激励的场可用 电(奇)/磁(偶)壁切分成两半. 只需分别分析单根奇模(电壁边界)/偶模 (磁壁边界)线特性,再迭加即可得到总场 的解 四端口网络(转化为)两端口网络(可用 传输线分析)
由:
由CO=C(1+KC)和 Ce=C(1-KC) 相加可得 C=(C0+Ce)/2 相减可得 Cm=(C0-Ce)/2 再利用vp公式即可得L、Lm 的关系
L
0
2
[
1 CO (1)

1 Ce (1)
]
]
Cm 1 [CO ( r ) Ce ( r )] 2
Lm
0
2
[
1 Ce (1)
零厚度侧边耦合带状线公式
书上给出了零厚度侧边耦合带状线公式 4.3-26~4.3-28
Z 0i
30 K ( i ') r K ( i )
i=o,e
w s
b
i th( 2 b )cth( 2
w
)
i=o,e
i ' 1 i
式4.3-27(P130)给出了已知Z0i、εr算W/b、 S/b的公式。
dV2 jL1dzI2 jLmdzI1
dI2 jC1dzV2 jCmdz(V2 V1 )
B. 奇耦模方法(continue 6)
同除dz,注意到L1=L C=C1+Cm 即有4.3-9式

dV1 dz
jLI1 jLm I 2

dV2 dz
jLI 2 jLm I1
耦合带状线及耦合微带线
(coupled stripline and coupled microstrp line)
耦合传输线:两根或多根彼此靠的很近的非 屏蔽传输线系统 定向耦合器 对称 可用于设计各类器件 混合电桥 非对称 滤波器
coupled stripline and coupled microstrp line (C1)

1 Co (1)
4.3-18
均匀填充介质的对称线-TEM波
对于均匀填充介质的对称线——TEM波 奇模偶模相速度必须相等则:
po pe p
由此可知:
C
r
kL kC k
均匀填充介质的对称线-TEM波(continue 1)
所以
po pe
1 LC (1 )
奇模电抗——奇模激励下,单根导带对地的 特性阻抗Z0o
Z 0o
L1 C0

L1C0 C0

1 p 0C0

1 p C0
4.3-3
偶模电抗——在偶模激励下,单根导带对地 的特性阻抗Z0e
Z 0e
L1 Ce

L1Ce Ce

1 pe Ce

1 pCe
4.3-4
odd/even excitation methods (continue 4)


dI1 dz
dI 2 dz
jCV1 jCmV2
jCV2 jCmV1
B. 奇耦模方法(continue 7)
对于奇模激励
V1 V0 V2 I1 I 0 I 2
4.3-9前2个Eq变为:

dV0 dz
jL(1 kL )I 0 jL0 I 0 Z0 I 0
4.3-6
B. 奇耦模方法(continue 4)
等效原理图4.3-5
Lm/Cm单位长度耦合电感/电容 L1/C1单线得分布电感/电容
B. 奇耦模方法(continue 5)
设电源时谐变化,由基尔霍夫定律有
dV jL1dzI1 jLmdzI2 1
dI1 jC1dzV1 jCmdz(V1 V2 )
类似可解出偶模传输线方程为:

dVe dz

dI e dz
jC(1 kC )Ve jCeVe YeVe
耦模激励状态 (continue 1)
据此可求得偶模相速度、偶模波 导波长和偶模特性阻抗分别为:
pe
2 e
1 Le Ce

1 LC (1 K L )(1 K C )
4.3-14
4.3-15
ge
Z 0e
Le Ce
pe f

L (1 K L ) C (1 K C )
Z0
1 K L 1 K C
4.3-16
耦模激励状态 (continue 2)
由上述各种参数的关系可求得耦合线单位长 度自电容、自电感、互电感、互电容分别为:
C 1 [CO ( r ) Ce ( r )] 2
4.3-24
耦合系数的分贝耦合度为: CM 20lg (dB) 4.3-25 对于非均匀介质可采用有效介电常数εe再 用奇偶模εeo、εee做准静态模拟
耦合带状线的特性
参见上面刚推出的公式4.3-18 求解可采用求奇模静态电容:
Co(εr)、Ce(εr)、Co(1)、Ce(1) 方法; 也可用前面4.1-7保角变换公式复杂求解 实用公式 4.1-5~ 4.1-8 准静态—— 加边界数值法
能量为 显然除了 外 还有
1 2
EDd
E1 D1d
等耦合
1 2
E2 D1d

2. 耦合线理论与奇耦模分析方法
耦合形式分为:
常用的耦合微带线是侧边耦合对称耦合微带线
耦合线理论与奇耦模分析方法 (续一)
相关文档
最新文档