【文章內(nèi)容簡介】 并依賴于基片厚度 d 和導(dǎo)體寬度 W。 1） 微帶線是一根帶狀導(dǎo) (信號線 )， 與地平面之間用一種電介質(zhì)隔離開。如果線的厚度、寬度以及與地平面之間的距離是可控制的，則它的特性阻抗也是可以控制的。 2） 帶狀線是一條置于兩層導(dǎo)電平面之間的電介質(zhì)中間的銅帶線。如果線的厚度和寬度、介質(zhì)的介電常數(shù)以及兩層導(dǎo)電平面間的距離是可控的，那么線的特性阻抗也是可控的 。 3） 單位長度微帶線的傳輸延遲時間，僅僅取 決于介電常數(shù)而與線的寬度或間隔無關(guān) 。 常熟理工畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 4） 微帶線速度 快 ，抗干擾能力弱，帶狀線速度慢些，抗干擾能力強(qiáng)些 。 5） 通常同樣的介質(zhì)條件微帶線的損耗?。ň€寬），帶狀線的損耗大（線細(xì)，有過孔）。 本章主要介紹了微帶線的一些基本知識，先介紹了微帶線的定義結(jié)構(gòu)及特點，然后重點介紹了微帶線的傳輸模式，微帶線與帶狀線不同，微帶線傳輸?shù)氖菧?zhǔn) TEM 模，本章也詳細(xì)解釋了這個原因，這個重要特點對微帶線的研究非常關(guān)鍵，關(guān)系到微帶線的一些特性參量的計算，下一章就會介紹。另外還比較了微帶線和帶狀線，這兩個重要的傳輸線的 區(qū)別，列出了幾個重要區(qū)別。 常熟理工畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 3 微帶線的主要參數(shù) [5] 微帶線的有效介電常數(shù)可以解釋為一個均勻煤質(zhì)的介電常數(shù)， e? = ??21r?Wdr 121 12 1 ??? （ ） 這個均勻煤質(zhì)取代了微帶線的空氣和電介質(zhì)區(qū)域，如圖所示。于是相速和傳播常數(shù)由式（ ）和式（ ）給出。 特性阻抗 我們假定已形成的線路導(dǎo)體的厚度 t 與基片的厚度 h 相比可以忽略不計（ t/h）。在這種情況下，我們能夠利用只與線路尺寸（ w 和 h）和介電常數(shù) r? 有關(guān)的公式。它們可以分為兩個應(yīng)用區(qū)域，該區(qū)域的劃分依比值 w/h 大于還是小于 1而定。 ?????? ?? hWWhZ e ? w/h 1? （ ）d W e? 圖 31 準(zhǔn) TEM 微帶線的等效幾何結(jié)構(gòu)，其中厚度為 d，相對介電常數(shù)為 r? 的電介質(zhì)被相對有效介電常數(shù)為 e? 的均勻煤質(zhì)取代 常熟理工畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 ???????? ?????? ???????? ????? ? 221 12 1 hWW hrre??? （ ） ? ?? ? 11200 ????? hWhWZ e? ? w/h? 1 （ ） 211212 12 1??????? ????? Whrre ??? （ ） 當(dāng)導(dǎo)體帶厚度 t 0? 時，可等效為導(dǎo)體帶寬度為 ew ，修正公式為（ th， tw/2） : ????????????? ???????? ???tWhthWthhthWhW e???4ln12ln1 ??2121??hWhW （ ） 微帶線電路的設(shè)計通常是給定 0Z 和 r? ，要計算導(dǎo)體帶寬度 W。此時可由上式得到的綜合公式： ? ? ? ???????????????????? ??????????rrrAABBBeehW????2112ln12282 22??hWhW （ ） 式中 A= ???????? ?????rrrrZ ???? 160 0 （ ） B=rZ ??02377 （ ） 衰減常數(shù)表示微帶 的損耗 ，包括導(dǎo)體損耗、介質(zhì)損耗和輻射損耗。 其衰減常數(shù)分別用 rdc ??? , . 來表示。當(dāng)微帶基片的相對介電常數(shù) r? 較大，以及橫截面尺寸 hw 比值較大時，輻射損耗可以忽略不計，將微帶線的總衰減表示為： dcdcL PPPPPPPL ??? ?????? )(2 1221 000 （ ） 常熟理工畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 上式中， 0P 為行波傳輸時微帶線的傳輸功率； cP 為單位長度介質(zhì)損耗功率；dP 為單位長度導(dǎo)體損耗功率。 導(dǎo)體損耗 導(dǎo)體損耗：高頻趨附效應(yīng)引起的導(dǎo)帶和接地板上非理想導(dǎo)體的歐姆損耗，由于微帶線橫截面尺寸遠(yuǎn)小于波導(dǎo)和同軸線，導(dǎo)體損耗也比較大，是微帶線的主要組成部分 導(dǎo)體損耗的特點： 基片的厚度 h 減小，兩導(dǎo)體之間的磁力線密度增大，損耗將增加。 導(dǎo)體表面的光潔度下降，或?qū)w的電導(dǎo)率 ? 減小，損耗將增加。 工作頻率升高，微帶線的損耗將增加。 微帶線行波狀態(tài)下的傳輸功率定義為： 020 2121 ZIIVP ?? （ ） 單位長度的導(dǎo)體損耗功率定義為： 0221 RIPC? （ ） 式中的 0R 是微帶線的單位長度導(dǎo)體的等效歐姆電阻，因此 000 22 ZRPPcc ??? （ ） 另一種估算導(dǎo)體損耗是用“特性阻抗微擾法” ,得到： nZZRc ????? 000240 ?? （ ） 其中， n? 是導(dǎo)體單位法向量。這個公式的推導(dǎo)很復(fù)雜，其中等效分布電阻 0R的值過程也是極其復(fù)雜的。 介質(zhì)損耗 介質(zhì)損耗：實際介質(zhì)在交變場作用下，介質(zhì)分子交替極化和晶格來回碰撞而產(chǎn)生的介質(zhì)熱 損耗。在毫米波段內(nèi)，這部分損耗將加劇。 d? 比導(dǎo)體損耗小很多 常熟理工畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 設(shè)電場全處在介質(zhì)基片上，其中介質(zhì)基片的磁導(dǎo)率為 0? ，介電常數(shù)為 ? ，電導(dǎo)率為 ? 。根據(jù)玻印廷定理，功率可表示為： SdESdHEP 2*0 21])R e[ (21 ?? ???? ? （ ） 其中 ? 為 TEM波的波阻抗， 即 ? = ??0 單位長度介質(zhì)損耗功率為： dSEL dVEEP d 2* 2121 ?? ?? ?? （ ） 由式子（ ）和（ ）得到： d? = kwwpp ed 2t a n)(222 000 ???????? ??? （ ） 其中， e?tan 為介質(zhì)損耗角正切，表示為： e?tan = )/(?? w ； k為傳輸線橫電磁波的相位常數(shù)，表示為： gwwk ??? /2?? ， g? 是介質(zhì)中的波長，因此： mNpged /tan? ??? ? （ ） 通常我們寫成 : mdBged /ta ? ??? ? （ ） 但是微帶線是部分填充介質(zhì)的傳輸線，所以，其介質(zhì)損耗比介質(zhì)填充時要低，其修正結(jié)果為： d? =geerre ? ????? tan11 ?????????? （ ） 當(dāng)工作在 10GHz 以下時，微帶線的導(dǎo)體損耗比介質(zhì)損耗要大得多，求解微帶的導(dǎo)體損耗最常用的是“增量電感法“。以介質(zhì)損耗較大的 96%氧化鋁瓷為介質(zhì)基片的 50Ω微帶線為例，微帶基片 厚度 h=，導(dǎo)體材料是金，可以計算出 10GHz 以下微帶線的介質(zhì)損耗為 d? ? 。而計算的 10GHz 以下的導(dǎo)體損耗 c? =?？梢钥闯?c? 比 d? 約大 6 倍。如果選用 %的氧化鋁瓷常熟理工畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 做為介質(zhì)基片，則 c? 比 d? 約大 36 倍，所以與 c? 相比， d? 是可以忽略的。 輻射損耗 輻射損耗：由導(dǎo)帶兩側(cè)半開放性引起的，其相應(yīng)的輻射衰減常數(shù)為 r? ，其特點： 導(dǎo)體帶的寬度 W 越小，微帶線的輻射損耗越大 基片的介電常數(shù)大，輻射損耗小 輻射損耗的降低可以減少微帶線的橫截面來實現(xiàn)，但是這種方法也只有在線的不均勻點才比較明顯，其理論分析往往比較復(fù)雜。在工程應(yīng)用上， 為避免輻射和減少衰減，以及防止對其他電路的影響，常常將微帶電路封裝在金屬屏蔽盒中。 微帶線的波導(dǎo)波長也稱為帶內(nèi)波長 , 即 eg ??? 0? （ ） 結(jié)論： 微帶線的波導(dǎo)波長與有效介電常數(shù) e? 有關(guān) , 也就是與 w/h 有關(guān) , 亦即與特性阻抗 Z0有關(guān)。 對同一工作頻率 , 不同特性阻抗的微帶線有不同的波導(dǎo)波長 。 微帶線的色散特性 [6] 色散是指電磁波的 傳播速度隨其頻率變化而變化的現(xiàn)象。微帶線中傳播的真正模式是一種 TE模和 TM模組成的混合模式。這種混合模式能在任何頻率下傳播，但是它是色散的。頻率較低時，混合模就趨近于 TEM模。因而微帶線中傳播的模式可近似地看成 TEM 模，或稱它為準(zhǔn) TEM 模。但在較高的頻率下，當(dāng)傳輸線尺寸遠(yuǎn)大于四分之一波長時，就必須考慮微帶線的色散性質(zhì)，此時高次模已經(jīng)存在 在微帶電路中，高次波型主要有兩種：波導(dǎo)波型和表面波型。前者存在于金常熟理工畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 屬帶條和接地板之間，后者則只要在接地板上放一塊介質(zhì)基片即能存在。 （ 1） 波導(dǎo)波型 對于每一種波導(dǎo)，都存在一個截止 波長 c? 。只有當(dāng)工作波長小于 c? 時，該波型才能傳播，否則很快衰減。而 c? 則取決于微帶線的橫截面尺寸、幾何形狀及基片的介電常數(shù)。 微帶線可以看成是寬度為 w、高度為 h、以相對介電常數(shù)為 r? 的介質(zhì)填充的平行波導(dǎo)，因此波導(dǎo)模有 TE 模和 TM模兩種。 TE 模的最低次模是 T 10E 模，其電場只有橫向分量，磁場則存在縱向 分量，由于平板波導(dǎo)兩側(cè)無短路金屬板，相當(dāng)于開路，因此在兩邊為電場波腹，平板中心為電場波節(jié)，這與金屬矩形波導(dǎo) T 10E模的場分布不同。 這種波型的截止波長恰等于在橫截面方向存在半個駐波的波長，即： ????? ?? )(2 2 hWWrrc ??? 00??tt （ ） 只有當(dāng)工作波長小于此值時，該波型才能存在且沿直線傳播。 微帶線中最低的 TM 模是 T 01M 模，其波型的情況是磁場只有橫向分量，電場則具有縱向分量和橫向分量，電場橫向分量在高度 h的兩端是波腹，在 h/2 中心處是波節(jié)；而縱向分量位置恰恰相反。此波型的截止波長也可以按 01TM 類型的方法來求，即在 h的高度上恰好存在半個駐波時相應(yīng)的波長即為其截止波長，即： ? ? rTMc h ?? 201 ? （ ） 為了抑制波導(dǎo)模，微帶線的最短工作波長 min? 應(yīng)滿足： min? max ? ? ? ?? ?0110 , TMcTMc ?? （ ） （ 2）表面波型 表面波就是沿介質(zhì)表面?zhèn)鬏數(shù)牟?。其主要電磁能量集中于金屬接地板以上的介質(zhì)基片中，而在介質(zhì)薄層外沿垂直介質(zhì)表面方向按指數(shù)規(guī)律衰減，電磁場沿介常熟理工畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 質(zhì)表面方向傳輸。當(dāng)介電常數(shù)大于空氣介電常數(shù)時，表面波的大部分電磁能量集中于導(dǎo)體和介質(zhì)板附近。表面波同樣也分為 TE波和 TM 波兩種。每種波型都有其相應(yīng) 的截止波長，與介質(zhì)板厚度 h 及其相對介電常數(shù) re? 有關(guān)。其中 TE波的截止頻率為： ? ?14 ?? rTEe h ncf ? （ ） TM波的截止頻率為： ? ?12 ?? rTMc h ncf ? （ ） 上兩式中 c為光速，最低的 TM 型表面波的截止長度為：