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。
linecale计算耦合微带线
linecale计算耦合微带线人们在日常生活中经常使用无线通信技术，例如手机、Wi-Fi等。
而这些无线通信技术离不开微带线。
微带线是一种常见的传输线，它具有一定的耦合效应。
本文将以Linecale为例，介绍耦合微带线的原理和应用。
我们来了解一下Linecale是什么。
Linecale是一种专业的电磁仿真软件，它可以用来模拟和分析微带线的特性。
通过Linecale，我们可以计算并优化微带线的参数，以达到更好的信号传输效果。
那么，什么是耦合微带线呢？简单来说，耦合微带线指的是多条微带线之间存在一定的电磁耦合效应。
这种耦合效应可以是正向的，也可以是反向的。
正向耦合意味着微带线之间的信号互相增强，而反向耦合则意味着互相干扰。
耦合微带线有许多应用。
其中最常见的就是微带天线阵列。
微带天线阵列由多个微带天线组成，它们之间存在一定的耦合效应。
通过合理设计耦合微带线的参数，可以实现天线阵列的波束调控，从而提高天线的增益和方向性。
另一个应用是微带滤波器。
微带滤波器是一种常见的射频滤波器，它可以在特定频段内实现信号的选择性传输。
耦合微带线在微带滤波器中起到了重要的作用，通过调节耦合微带线的参数，可以实现滤波器的中心频率和带宽的调节。
除了以上应用，耦合微带线还可以用于微带功分器、微带相移器等射频器件的设计。
通过合理调节耦合微带线的参数，可以实现不同功能的射频器件，满足不同的应用需求。
耦合微带线是一种重要的传输线形式，它在无线通信技术中扮演着重要的角色。
通过合理设计耦合微带线的参数，可以实现信号的增强或抑制，从而实现不同的应用需求。
借助Linecale等电磁仿真软件，我们可以更好地理解和优化耦合微带线的特性，为无线通信技术的发展做出贡献。
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。
精选微波技术基础知识
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
（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;
耦合微带线和耦合带状线
dIe 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
1 LeCe
1
4.3-14
LC (1KL )(1KC )
2 pe ge e f
4.3-15
Z Z 0e
Le Ce
L(1KL ) C(1KC )
大小相同，方向相同的电流对耦合线两
导带的激励（中心磁壁）
odd/even excitation methods (continue 1)
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
Ce (r ) ee 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4.3-3 、4.3-4 、4.3-29
阻抗、有效介质常数. 计算用图4.3-9
C22为导体1不存在 时的对地自电容
C12为接地板不存在 时的对地自电容
<1> 奇耦模分析方法——利用对称性
( odd/even excitation methods )
-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): H=0
设电源时谐变化，由基尔霍夫定律有
dV1 jL1dzI1 jLmdzI2
微波射频笔记3.微带线与带状线介绍
微带线1.随便介绍一下①用途：微带功分器、微带耦合器、微带滤波器、PCB板布线、微带天线...②优点：易于有源、无源电路集成③走线原则：①尽量短②尽量平滑③尽量正交微带布线的弯曲，宽度突变，接头处会引入寄生电抗，影响匹配，可以通过去处一部分导体来实现补偿，可借鉴下图：2.选用指南微带板导体一般选用金银铜这三种，最常用的铜箔厚度有35um和18um两种。
铜箔越薄,越易获得高的图形精密度,所以高精密度的微波图形应选用不大于18um的铜箔。
目前的铜箔类型有压延铜箔和电解铜箔两类。
压延铜箔较电解铜箔更适合于制造高精密图形,所以在材料订货时,可以考虑选择压延铜箔的基材板。
压延法制造的铜箔要求铜纯度高(一般≥99.9%)，铜箔弹性好，适用于挠性板、高频信号板等高性能PCB的制造，在产品说明书中用字母“W”表示。
电解铜箔则用于普通PCB的制造，铜的纯度稍低于压延法所用的铜纯度(一般未99.8%)，并用字母“E”表示3.高段位玩法在射频微波电路中，微带线结构可以模拟实现集总参数元件；若传输线长度＜λ/8，则给定频率时，L正比于Z0，C反比于Z0，若使Z0很大，则L很大，C 很小以至于可以忽略。
故串联电感可用高阻抗微带线代替，同理并联电容可用低阻抗微带线实现。
如上图，一段半波长微带线跨接在主传输线上，两端开路，其中长度＜λ/4的相当于电容，而＞λ/4的相当于电感。
带状线1.结构：一般是微带线上在盖一层相同厚度的基板，上下都接地，也可以看成是同轴线的一种；带状线也支持高阶TM模和TE模，因此需要避免，可采用：一、短路螺钉将上下两面地短路；二、两平面间距离小于λ/4。
2.用途：常用于耦合器3.优点：封闭的电磁场，故损耗比微带线小，相同频率下比微带更小型化；4.其余各项要求性能与微带线相似。
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odd/even excitation methods (continue 3)
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
pC0
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 L1
导带的激励（中心磁壁）
odd/even excitation methods (continue 1)
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
<1> 奇耦模分析方法——利用对称性
( odd/even excitation methods )
-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): H=0
大小相同，方向相同的电流对耦合线两
Cm kCC
耦合电感 耦合电容
B. 奇耦模方法（continue 9）
于是
po 0
1 L0C0
1
LC (1KL )(1KC ) 4.3-11
2 p0
go 0
f
4.3-12
Z Z L0
1K L
0o
C0
0 1 KC
4.3-13
耦模激励状态
利用： V1 V2 Ve
I1 I2 Ie
1 Ce (1)
Cm
1 2
[CO
(
r
)
Ce ( r )]
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 1
1
m
2 Ce (1) Co (1)
4.3-18
均匀填充介质的对称线-TEM波
L1Ce
1
1 4.3-4
0e
Ce
Ce
peCe
pCe
odd/even excitation methods (continue 4)
是由于假设系统传TEM波，故
pe p0 p
C
r
由4.3-1 4.3-2 和图4.3-4 可见 C0 >Ce 所以 Z0e>Z0o
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
1
2
EDd
显然除了
外 还有
1
2
E1D1d
E2 D1d
等耦合
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
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 I2
dV2 dz
jLI 2
jLm I1
dI1 dz
jCV1
jCmV2
dI2 dz
jCV2
jCmV1
B. 奇耦模方法（continue 7）
对于奇模激励
V1 V0 V2
对于均匀填充介质的对称线——TEM波
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 4.3-5 V2 Ve Vo
B. 奇耦模方法（continue 2）
对任何V1、V2可具体解出:
V V1V2
e
2
4.3-6
V V1V2
o
2
B. 奇耦模方法（continue 4）
2 pe ge e f
4.3-15
Z Z 0e
Le Ce
L(1KL ) C(1KC )
1 K L 0 1KC
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 2
[CO
(
r
)
Ce ( r
)]
L [ ] 0 1 2 CO (1)
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
对称
可用于设计各类器件
非对称
定向耦合器 混合电桥 滤波器
coupled stripline and coupled microstrp line (C1)
电场的分别影响较大。单线L变化不大， 单线C 变化大
耦合线理论与奇耦模分析方法 (续二)
有效线间电容变化
耦合线特性可由 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
C22为导体1不存在 时的对地自电容
C12为接地板不存在 时的对地自电容
类似可解出偶模传输线方程为：
dVe dz
jL(1 kL )Ie
jLe Ie
ZeIe
dIe 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
1 LeCe
1
4.3-14
LC (1KL )(1KC )
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
dV1 jL1dzI1 jLmdzI2
dI1 jC1dzV1 jCmdz(V1 V2 )
dV2 jL1dzI2 jLmdzI1 dI2 jC1dzV2 jCmdz(V2 V1)
I1 I0Leabharlann I24.3-9前2个Eq变为:
dV0 dz
jL(1 kL )I0
jL0 I 0
Z0I0
后2个方程变为:
dI0 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
为耦合系数
Lm kL L