微波集成電路 課件 第二章 微波集成傳輸線-2.3其他類型

2.3其他類型集成傳輸線帶狀線懸置微帶和倒置微帶共面波導(dǎo)鰭線其他類型集成傳輸線槽線TEM波傳輸線準(zhǔn)TEM波傳輸線非TEM波類傳輸線2.3.1帶狀線帶狀線傳輸TEM波，主要由三導(dǎo)體構(gòu)成，故又稱為三板線或夾心線。同軸線到帶狀線演變過程2.3.1帶狀線帶狀線是早期微波集成電路采取的主要傳輸線形式，主要用于實(shí)現(xiàn)微波無源元件，如功率分配器、濾波器、定向耦合器、balun等。在LTCC電路中應(yīng)用：中間層信號(hào)傳輸特性參數(shù)2.3.1帶狀線相速：式中，c為光速，εr為帶狀線中填充介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)。波導(dǎo)波長：式中，λ0為自由空間中TEM波波長2.3.1帶狀線特性阻抗C0為單位長帶狀線的分布參數(shù)電容：由帶狀線的結(jié)構(gòu)尺寸和填充介質(zhì)決定；分布參數(shù)電容可用保角變換法求解t≠0時(shí)，有限厚度導(dǎo)體帶帶狀線特性阻抗公式(惠勒(Wheeler，H.A.）,保角變換法)；當(dāng)W/(b-t)<10時(shí)，精度優(yōu)于0.5%2.3.1帶狀線簡化的特性阻抗經(jīng)驗(yàn)公式：1.導(dǎo)體條帶厚度為t、寬度為W的可等效為導(dǎo)體條帶厚度為零、寬度為We的帶狀線。等效關(guān)系為：精度為：1%2.中心導(dǎo)帶與一邊接地板之間的單位長度電容為：

單位長度帶狀線分布參數(shù)電容為：簡化后的帶狀線特性阻抗經(jīng)驗(yàn)公式為：2.3.1帶狀線衰減常數(shù)：2.3.1帶狀線帶狀線高次模式最低次TE高次模式——TE11:沿中心導(dǎo)體位置將帶狀線分為兩半，每一半成為一個(gè)變形的矩形波導(dǎo)，其中傳播的是TE10波；該矩形波導(dǎo)的TE10波的截止波長即為帶狀線TE11模的截止波長：

最低徑向線模式——TM10b較大時(shí),出現(xiàn)徑向線模式最低次徑向磁波截止波長：2.3.1帶狀線帶狀線只傳輸TEM模的條件(單模傳輸條件)為：

不考慮徑向線模式，帶狀線的最高工作頻率為式中W和b的單位取cm。傳播準(zhǔn)TEM波電磁場大部分處于空氣中，εe→1，傳輸線特參量接近空氣微帶線傳輸線損耗小，比微帶線更高的Q值（500-1000）,便于實(shí)現(xiàn)高Q濾波器、諧振器等便于安裝鐵氧體，介質(zhì)諧振器，二極管等器件2.3.2懸置微帶和倒置微帶（a）懸置微帶（b）倒置微帶基本特性2.3.2懸置微帶和倒置微帶特性阻抗對(duì)屏蔽懸置微帶，在w>>h(即邊緣場的作用不大)時(shí),有近似公式：主要特性參數(shù)為空氣線的特性阻抗。2.3.2懸置微帶和倒置微帶傳輸線損耗主要是金屬損耗，

c可用微帶線金屬損耗公式計(jì)算在W>>h(即邊緣場的作用不大)時(shí)可用下列近似公式計(jì)算其特性阻抗和有效介電常數(shù)：主要特性參數(shù)傳輸線Q值，主要由金屬損耗決定2.3.3槽線基本特性具有縱向磁場分量，主要傳播TE波，色散傳輸線空間場分量存在，可做輻射天線可用作傳輸線，采用高介電常數(shù)基片使電磁場能量集中于槽內(nèi)，減小輻射損耗可制作高阻抗線TE波2.3.3槽線基本特性槽縫兩邊有電位差，電場跨過槽口，磁場垂直于槽口，便于并聯(lián)兩端器件磁場具有橢圓極化區(qū)，可用于設(shè)計(jì)非互易鐵氧體器件，如環(huán)形器、隔離器等便于和微帶線耦合，制作耦合器，過渡結(jié)構(gòu)2.3.3槽線主要特性參數(shù)色散傳輸線，相速和特性阻抗隨頻率變化：阻抗定義具有任意性，一般采用功率-電壓定義：波導(dǎo)波長等效介電常數(shù)，誤差為10%以內(nèi)2.3.4共面波導(dǎo)（CPW）基本特性傳播準(zhǔn)TEM波，色散傳輸線具有圓極化磁場分布，便與設(shè)計(jì)非互易器件中心導(dǎo)帶與接地層位于同一平面，便于并聯(lián)連接兩端器件特性阻抗與基片厚度幾乎無關(guān)，可采用高介電常數(shù)基片減小導(dǎo)波波長，實(shí)現(xiàn)微波低頻率下的小型化設(shè)計(jì)2.3.4共面波導(dǎo)（CPW）主要特性參數(shù)K(k)為第一類完全橢圓積分:為對(duì)應(yīng)空氣線的特性阻抗以上結(jié)果為基片厚度h=∞的結(jié)果采用高

r，h~2-3s時(shí)，Zc的影響很小結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2.3.5鰭線（1）在矩形金屬波導(dǎo)內(nèi)E面嵌入槽線所組成的一種復(fù)合結(jié)構(gòu)（2）一種由介質(zhì)片支撐具有薄脊的加脊波導(dǎo)鰭線是一種可用于毫米波混合集成電路的準(zhǔn)平面結(jié)構(gòu)傳輸線:（1）電路圖形，包括有源器件在內(nèi)都集成在一塊介質(zhì)基板上，具有平面結(jié)構(gòu)；（2）電路設(shè)計(jì)必須要考慮到金屬波導(dǎo)立體結(jié)構(gòu)的影響。1972年，P.J.Meier提出鰭線（Finline）結(jié)構(gòu)基本特性2.3.5鰭線鰭線傳播TE和TM混合波；通常設(shè)計(jì)為傳輸主模為準(zhǔn)TE10波傳播特性與脊波導(dǎo)類似，具有比矩形波導(dǎo)更寬的單模傳輸帶寬根據(jù)“加脊”方式不同，有雙側(cè)鰭線，單側(cè)鰭線，對(duì)極鰭線，絕緣鰭線等基本特性2.3.5鰭線鰭線用于毫米波頻率

一種嵌入金屬波導(dǎo)內(nèi)的傳輸結(jié)構(gòu)鰭線具有微波集成傳輸線的一些優(yōu)點(diǎn):對(duì)有源和無源電路的集成提供了可能條件。當(dāng)金屬鰭位于同一側(cè)時(shí)，鰭線結(jié)構(gòu)可方便地并聯(lián)連接兩端有源器件，制作成開關(guān)、移相器、混頻器、倍頻器等電路。同時(shí)，由于鰭線中電磁能量主要集中在金屬鰭間縫隙內(nèi)，而金屬鰭可由集成電路工藝實(shí)現(xiàn)，避免了矩形金屬波導(dǎo)在毫米波頻段所要求的嚴(yán)格機(jī)械加工公差，具有平面電路制作上的優(yōu)點(diǎn)。鰭線阻抗變換器基本特性2.3.5鰭線鰭線結(jié)構(gòu)上介于立體傳輸線和平面集成傳輸線之間可方便地用作這兩者之間的過渡轉(zhuǎn)換。鰭線具有較低的損耗，電路Q值高，可方便地用于設(shè)計(jì)成諧振器、濾波器等電路。矩形波導(dǎo)-鰭線過渡段鰭線濾波器特性參數(shù)2.3.5鰭線鰭線是一種分區(qū)填充介質(zhì)的導(dǎo)波系統(tǒng)，工作于混合模式。精確地分析、計(jì)算其色散特性及特性阻抗需要依賴各種數(shù)值計(jì)算方法。單面鰭線可近似為等效脊波導(dǎo)，波導(dǎo)內(nèi)均勻填充