電磁場與微波第5章上 微波傳輸線

1、電磁場與微波第5章 上 微波傳輸線 電磁場與微波 第5章 微波傳輸線 第5章 微波傳輸線 李麗華 電磁場與微波 第5章 微波傳輸線 引言微波傳輸線：用來傳輸微波信號和微波能量的傳 輸線。 微波傳輸線可分為三類: 1.tem模傳輸線(包括準(zhǔn)tem模傳輸線) 2.te模和tm模傳輸線 3.表面波傳輸線,其傳輸模式一般為混合模 電磁場與微波 第5章 微波傳輸線 tem模傳輸線 準(zhǔn)tem模 te模和tm模傳輸線 表面波傳輸線 介質(zhì)波導(dǎo) 介質(zhì)鏡像線 電磁場與微波 第5章 微波傳輸線 平行雙線用于傳輸?shù)皖l微波能量和信號;當(dāng)頻率提高到其波長和兩根導(dǎo)線間的距離可以相 比時(shí),電磁能量會通過導(dǎo)線向空間輻射出去,損

2、耗隨之增加,頻率愈高,損耗愈大,因此在微波的高頻段,平行 雙線不能用來作為傳輸線。 典型的平行雙線： 連接天線和電視機(jī)的扁平饋線 計(jì)算機(jī)的usb延長線 電源線 固定電話線 平行雙線 電磁場與微波 第5章 微波傳輸線 同軸線傳輸線所傳輸?shù)碾姶挪l率范圍較平行雙線高,適用于厘米波段，是目前常用的微波傳輸線。 若頻率連續(xù)提高,同軸線的橫截面尺寸必需相應(yīng)減 小,才能保證它只傳輸tem模,這樣會導(dǎo)致同軸線的導(dǎo)體 損耗增加,傳輸功率容量降低。因此同軸線又不能傳輸 更高頻率的電磁波,一般只適用于厘米波段。典型的應(yīng)用： 有限電視網(wǎng)衛(wèi)星地面接收站 高速局域網(wǎng)同軸線 電磁場與微波 第5章 微波傳輸線 波導(dǎo)(空心金

3、屬管)當(dāng)橫截面尺寸與工作波長滿意 肯定關(guān)系時(shí)，可以傳輸電磁波。是微波波段常用的傳輸線。在低頻段不采納波導(dǎo)來傳輸能量，否則尺 寸太大，重量太重 矩形波導(dǎo) 圓波導(dǎo) 缺點(diǎn)：頻帶窄 采納脊波導(dǎo)加寬頻帶 電磁場與微波 第5章 微波傳輸線 電子產(chǎn)品的進(jìn)展方向“小” 優(yōu)點(diǎn)：體積小，重量輕，頻帶寬缺點(diǎn)：損耗大，功率容量小 主要用于小功率的微波系統(tǒng) 微 帶 電磁場與微波 第5章 微波傳輸線 帶狀線 帶狀線可以看做三層微帶傳輸線 電磁場與微波 第5章 微波傳輸線 5.5 帶狀線帶狀線由一條厚度為t,寬度為w的矩形截面的中心導(dǎo) 帶和上、下兩塊接地板構(gòu)成。兩接地板的距離為b。中心導(dǎo)帶的四周媒質(zhì)可以是空氣,也可以是其它

4、介質(zhì)。帶 狀線中傳輸?shù)闹髂閠em模。 帶狀線 電磁場與微波 第5章 微波傳輸線 優(yōu)點(diǎn)：具有平面結(jié)構(gòu) 小型輕巧，性能牢靠 便于集成化 電磁場與微波 第5章 微波傳輸線 缺點(diǎn)：損耗大、功率容量小，主要用于小功率微波系統(tǒng) 傳輸主模：tem模 電磁場與微波 第5章 微波傳輸線 電磁場與微波 第5章 微波傳輸線 一、特性阻抗tem模傳輸線特性阻抗的計(jì)算公式為l1 1 z0 c1 v pc1布電容;vp為帶狀線中tem模的傳播速度。 (321) 式中l(wèi)1和c1分別為帶狀線單位長度上的分布電感和分 零厚度中心導(dǎo)帶帶狀線特性阻抗的精確公式： 30k (k ) z0 r k (k ) (322) 電磁場與微波

5、 第5章 微波傳輸線 式中 ：k (k ) 1 30k (k ) z0 r k (k )0 1 k ( k ) k sec h 0 dx (1 x 2 )(1 k 2 x 2 )1/ 2 為第一類完全橢圓積分 dx (1 x 2 )(1 k 2 x 2 )1/ 2為第一類余全橢圓積分 為模數(shù) 2b2 k 1 k th 2b 為余模數(shù) 電磁場與微波 第5章 微波傳輸線 結(jié)論： 尺寸w/b,t/b越大，特性阻抗z0越低 中心導(dǎo)帶四周介質(zhì)的介電常數(shù)越大，特性阻抗 z0越低 電磁場與微波 第5章 微波傳輸線 二、帶狀線尺寸的設(shè)計(jì)考慮1.帶狀線的尺寸必需滿意關(guān)系式： min min ,b 2 r 2 r

6、 (323) 帶狀線中才能保證只傳輸tem模 式中min為最短工作波長。2.接地板寬度d和接地板間距b必需滿意： d (3 6) , b 2 (324) 電磁場與微波 第5章 微波傳輸線 5.6 微帶傳輸線介質(zhì)基片的一邊為中心導(dǎo)帶,另一邊為接地 板,其基片厚度為h,中心導(dǎo)帶的寬度為w。 電磁場與微波 第5章 微波傳輸線 電磁場與微波 第5章 微波傳輸線 制作工藝：先將基片(最常用的是氧化鋁)研磨、 拋光和清洗,然后放在真空鍍膜機(jī)中形成一層 鉻-金層,再利用光刻技術(shù)制成所需要的電路, 最終采納電鍍的方法加厚金屬層的厚度,并裝 接上所需要的有源器件和其它元件,形成微帶 電路。 電磁場與微波 第5章 微波傳輸線 一、微帶線中的主模 對于空氣介質(zhì)的微帶線, 四周是勻稱的空 氣,因此它可以存在無色散的tem模。 實(shí)際的微帶線是制作在介質(zhì)基片上的, 由于存在空氣和介質(zhì)的分界面,只能存在te模和 tm模的混合模。在微波波段的低頻端由于場的色散現(xiàn)象很 弱,傳輸模式類似于tem模,故稱為準(zhǔn)tem模。 電磁場與微波 第5章 微波傳輸線 二、微帶線的特性阻抗在