2011级电子信息工程专升本班<<射频电路>>课程设计
二 微带线的传输模式
由上图可知,导体上面(y>h)为空气,导体带下面(y?h)为介质基片,所以大部分场在介质基片内,且集中在导体带与接地板之间;但也有一部分场分布在基片上面的空气区域内,因此微带线不可能存在纯TEM模。这是容易理解的,因为TEM模在介质内的速度为c模匹配。
事实上,微带线中真正的场是一种混合的TE-TM波场,其纵向场分量是由介质-空气分界面处的边缘场引起的,它们与导体带和接地板之间的横向场分量相比很小,所以微带线中传输模特性与TEM模相差很小,称之为准TEM模。由于微带线的传输模不是纯TEM模,致使微带线特性的分析比较困难和复杂。其分析方法也就很多,可归纳为准静态法、色散模型法和全波分析法三种。以下仅以准静态方法进行分析。
准静态方法便是将其模式看成纯TEM模,引入有效介电常数为?e的均匀介质代替微带线的混合介质,如图2-1所示。在准静态法中,传输线特性参数是根据如下两个电容值计算的:
而在空气中的相速度为c,显然相速度在介质-空气分界面处不可能对TEM?r,
图2-1 填充均匀介质?e微带线
一个是介质基片换成空气微带线单位长度电容C1a;另一个是微带线单位长度电容C1。特性阻抗Z0和相位常数β可以用这两个电容表示为
??k0?e,k0???0?0 (2-1)
1Z0??cvpC11Z?0?e.?eC1???e (2-2)
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式中Z0a=1/cC1a是空气微带线的特性阻抗。相速度vp和波导波长λg则为
vp?c?e (2-3)
?g??0 (2-4) ?e6
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三 特性阻抗
我们假定已成形的线路导体的厚度t与基片的厚度h相比可以忽略不计(t/h<0.005)。在这种情况下,我们能够利用只与线路尺寸(w和h)和介电常数?r有关的经验公式。它们可以分为两个应用区域,该区域的划分依比值w/h大于还是小于1而定。
Z0?60W??8hln??0.25? Wh?1
h??e?W?12h????2?W?????122?W???0.041?1???
h?????e??r?1?r?1??22Z0?120??e?1 Wh?1
?Wh?1.393?0.667ln?Wh?1.4444??h?1?12??2?W??12?e??r?1?r?1?2? (3-1)
在0.05<W/h<20,?r<16范围内,上式的精度优于1%。图3-1是根据(3-1)式计算的特性阻抗与w/h的关系。
·
图3-1 微带特性阻抗与w/h的关系
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导体带厚度t≠0可等效为导体带宽度加宽为we,修正公式为(t<h,t<W/2):
?Wt?2h??1?ln??tW?h?h???h?Wt?4?W??1?ln?t?h?h?W1?h2??W1?h2? (3-2)
微带线电路的设计通常是给定?0和?r,要计算导体带宽度W。此时可由上式得到的综合公式:
?8eA?2AW?e?2 ??
?r?1?h?2?0.61???B?1?ln?2B?1???ln?B?1??0.39??????2?r??r????? 式中
W?2h (3-3)
W?2hA?Z0?r?1?r?1?0.11????0.23? ??602?r?1??r?B?377?2Z0?r
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