射频技术-传输线基础

传输线基础一.微带线1.基本结构a.重要的几何参数基本几何参量如：基片厚度（d）、微带线宽度（W）等。次要的几何参数如金属厚度等，在较高频率上还要考虑粗糙度等。b.重要的电磁参数基本电磁参量如：介质介电常数、介质的损耗正切、相对磁导率等。金属的导电率等。c.多种其它结构微带线屏蔽微带、悬置微带、倒置微带、耦合微带等传输线基础—微带线—基本结构传输线基础—微带线—基本传输特性2.基本传输特性a.微带中的波型：准TEM波（0.5mm，er=2.2基片上50ohm线，对数幅度，并放大了矢量图尺寸）*场的近似静电解《微波工程》p125-127传输线基础—微带线—基本传输特性c.微带相速与传播常数*b.等效介电常数**参考《微波工程》p123－124Wdrre/12112121式中，εr、εe分别为基片相对介电常数和微带等效介电常数epcvek0传输线基础—微带线—基本传输特性d.微带阻抗*1/1/)444.1/ln(667.0393.1/12048ln600dWdWdWdWdWWdZee*参考《微波工程》p123－124传输线基础—微带线—基本传输特性2/2/61.039.0)1ln(21)12ln(12282dWdWBBBeedWrrrAA)11.023.0(1121600rrrrZArZB02377或微带阻抗综合公式*：*参考《微波工程》p123－124传输线基础—微带线—基本传输特性e.微带线的损耗**参考《微波工程》p123－124源于介质的介电损耗源于导体的损耗)/(tan)1()1(2686.8)/(tan)1()1(200mdBkmNpkreerreerd)/(686.8)/(00mdBWZRmNpWZRssd)2(0sRf.色散：当相速因频率不同而不同时，各个频率分量的信号沿传输线传播后不再保持其原来的的相位关系，产生了信号失真。这种效应即色散。群速：01ddvg微带色散*：eereFf5.141)(dWhFr/1log215.0140*《微波固态电路设计》p23传输线基础—微带线—基本传输特性*分贝(dB)与奈培(Np):用功率表示：))(log(1012dBPP))(ln(2112NpPP用相同电阻上的电压表示：))(log(2012dBVV))(ln(12NpVV所以有：dBeNp686.8lg1012•例：在0.5mm厚的介质基片Rogers5880上的微带线。基片介电常数2.2,损耗正切0.001,线宽1.52mm.材质为铜。求微带线的特性。•解：•等效介电常数Wdrre/12112121870.152.1/5.01211212.2212.2传输线基础—微带线—基本传输特性.例1相速与传播常数*)/1(86110387.11030289000mkee考虑频率为30GHz和1GHz)/(1019.287.110388Smcvep(f=30GHz))/1(64.2810387.1101289000mkee(f=1GHz))(4.21964.28/2/2mm)(30.7861/2/2mm传输线基础—微带线—基本传输特性.例1(f=30GHz)传输线基础—微带线—基本传输特性.例1微带阻抗)444.1/ln(667.0393.1/1200dWdWZe)(73.50)444.15.0/52.1ln(667.0393.15.0/52.187.1120微带线的损耗源于介质的介电损耗)/(50.0001.0)12.2(87.1)187.1(2.22861tan)1()1(20mNPkreerd)/(343.4mdB传输线基础—微带线—基本传输特性.例1源于导体的损耗)/(055.5)/(582.01052.173.500452.030mdBmNpWZRsc)/(381.9)/(08.1mdBmNpcd总损耗(f=30GHz)(f=30GHz))/(07.1923.0145.0mdBdBdBcd(f=1GHz)•例：微带设计计算微带的宽度和长度，要求在2.5GHz时为50Ω阻抗和1／4波长。基片厚度0.127cm,εr=2.2。•解猜测W/d2,根据前述公式有985.7BcmWdW391.0081.3/上述结果满足假设的W/d2。再计算87.1e60.71cml19.2/)2/(传输线基础—微带线—基本传输特性.例2计算工具•一些有用的计算工具：APPCAD，ADS的linecalc,CST的线计算工具等。散射参量*S参量是射频及微波描述电网络的网络参量。1.散射参量的定义Sa1a2b1b2网络Port1Port2S参量是用入射功率波和反射功率波定义的网络参数。a.归一化入射功率an和反射功率bn（n=1,2）)(210nnnnIZVZa)(210nnnnIZVZb*《射频电路设计》p110-117b.归一化功率an、bn与真实功率的关系)(0nnnbaZV)(10nnnbaZI)(21Re2122*nnnnnbaIVP同理也可以得到由Vn、In单独表达的归一入射波和反射波。散射参量*011112aabS012212aabS021121aabS022221aabSc.S参量定义212221121121aaSSSSbban=0要求入射功率为零，且端口匹配。))(log(20dBSmnS参量的分贝表达（m,n=1,2)散射参量*2.散射参量的物理意义输入端的反射系数：0011ZZZZSininin（输出匹配）驻波比：111111SSVSWR输出端的反射系数：0022ZZZZSoutoutout（输入匹配）驻波比同。散射参量*增益：Sa1a2b1b20Z0Z1GV设端口2适当匹配使a2=0,由此有0,001010202122122)2/()(/VIaZIZVZVabS设端口1适当匹配,并以VG代替V1有020101002212/)2/()(/GVVZIZIZVZVSGG(正向电压增益）同理，S12为反向电压增益。电压增益的模平方为功率增益。散射参量*3.微带不连续性微带的弯曲、宽度（或高度）的突变、与其它传输线的接头等处存在不连续。这种不连续性引入寄生电抗，并影响能量的连续传输，使幅度和相位发生变化，并影响匹配。a.常见的不连续结构：传输线基础—微带线—不连续性b.不连续结构传输性的影响：结构一：弯曲-11dB-40dB传输线基础—微带线—不连续性弯曲的多种补偿方法*：因为弯曲处有寄生容抗，所以主要方法是通过去除一部分金属来实现补偿。*《微波固态电路设计》p36-37传输线基础—微带线—不连续性-30dB20~40GHz2~4GHz-40dB一个实例：斜边长1.55W传输线基础—微带线—不连续性结构二：T型分支**《微波固态电路设计》p36-37传输线基础—微带线—不连续性一个实例：结构为（a）右传输线基础—微带线—不连续性4.端接负载的传输线a.匹配负载与无限长均匀微带线相同，沿线各点阻抗均为特征阻抗。沿线反射均为零，驻波比无限大。b.任意负载)tan()tan()(000ljZZljZZZlZLL(以负载端为参考点）传输线基础—微带线—端接负载的传输线特例1：负载短路)tan()(0ljZlZi)随l的变化ii)随频率的变化传输线基础—微带线—端接负载的传输线特例2：负载开路)tan(1)(0ljZlZ传输线基础—微带线—端接负载的传输线特例3：1／4波长传输线)2/tan()2/tan()4/tan()4/tan()4/(000000LLLLjZZjZZZjZZjZZZZLZZ20inLZZZ0或特例3：1／2波长传输线LinZZ传输线基础—微带线—端接负载的传输线5.微带线的其它考虑功率、可用频率范围等。传输线基础—微带线—其它考量课堂作业•简述微带不连续性可能在哪些条件下产生严重影响，并且简述对匹配特性产生哪些影响。