第二章講義140423

1、電子科技大學電子工程學院微波集成電路講義第二章 微波平面?zhèn)鬏斁€電子科技大學電子工程學院微波集成電路講義電子科技大學電子工程學院微波集成電路講義目錄2.1 2.1 引言引言2.2 2.2 微帶線微帶線2.32.3帶狀線帶狀線2.42.4懸置微帶和倒置微帶懸置微帶和倒置微帶2.52.5槽線和共面波導槽線和共面波導2.62.6鰭線鰭線2.72.7其他平面?zhèn)鬏斁€其他平面?zhèn)鬏斁€電子科技大學電子工程學院微波集成電路講義微波常用傳輸線矩形波導圓波導平行雙線同軸線微帶線2.1 引言電子科技大學電子工程學院微波集成電路講義2.1 引言平面?zhèn)鬏斁€平面?zhèn)鬏斁€微帶線微帶線帶狀線帶狀線懸置微帶和倒懸置微帶和倒置微帶置微

2、帶槽線與共面波導槽線與共面波導相速和波長相速和波長特性阻抗特性阻抗衰減常數(shù)衰減常數(shù)功率容量功率容量設(shè)計原則設(shè)計原則電子科技大學電子工程學院微波集成電路講義微波平面?zhèn)鬏斁€通常由微波平面?zhèn)鬏斁€通常由介質(zhì)基片介質(zhì)基片、介質(zhì)基片上的、介質(zhì)基片上的導帶導帶與與金金屬接地層屬接地層組成，制備工藝包括厚膜工藝和薄膜工藝。組成，制備工藝包括厚膜工藝和薄膜工藝。2.1 引言電子科技大學電子工程學院微波集成電路講義對基片材料的要求對基片材料的要求: :（1 1）較高的介電常數(shù)，使電路小型化）較高的介電常數(shù)，使電路小型化( (針對微波頻率針對微波頻率) )；（2 2）低損耗；）低損耗；（3 3）介電常數(shù)）介電常數(shù)

3、穩(wěn)定；穩(wěn)定；（4 4）純度高，性能一致性好；）純度高，性能一致性好；（5 5）表面光潔度高，金屬附著力好；）表面光潔度高，金屬附著力好；（6 6）擊穿強度高）擊穿強度高, , 導熱性好，以適用于較大的功率。導熱性好，以適用于較大的功率。2.1 引言電子科技大學電子工程學院微波集成電路講義材料名稱材料名稱表面粗糙表面粗糙度（度（umum）10GHz10GHz時的時的損耗正切（損耗正切（1010-4 -4）介電常介電常數(shù)數(shù)導熱率導熱率（W/cmW/cm）應用與特點應用與特點聚四氟乙烯聚四氟乙烯纖維加強板纖維加強板101510152.52.82.52.8厘米波段厘米波段MICMIC價格低，加工容易價

4、格低，加工容易氧化鋁氧化鋁99%99%215215252599.599.50.30.3厘米至毫米波段厘米至毫米波段藍寶石藍寶石0.510.511 199.599.50.40.4毫米波毫米波MICMIC高介陶瓷高介陶瓷1212208020800.010.050.010.05用于小尺寸電路用于小尺寸電路DuroidDuroid2.24.02.24.0毫米波毫米波MICMIC石英石英0.10.50.10.51 13.83.80.010.01毫米波毫米波MICMIC，但易，但易碎碎氧化鈹氧化鈹2102101 16.66.62.52.5導熱好，用于功率導熱好，用于功率器件器件硅硅1 1101001010

5、012121.51.5MMICMMIC砷化鎵砷化鎵1 16 612.912.90.460.46MMICMMIC磷化銦磷化銦14140.680.68MMICMMIC碳化硅碳化硅10103.33.3MMICMMIC2.1 引言電子科技大學電子工程學院微波集成電路講義2.1 引言性能：性能：超常的層間結(jié)合；超常的層間結(jié)合；低吸水率；低吸水率；增強的尺寸穩(wěn)定性；增強的尺寸穩(wěn)定性；低低Z Z軸膨脹；軸膨脹；頻率使用范圍穩(wěn)定的介電常數(shù)；頻率使用范圍穩(wěn)定的介電常數(shù)；增強的撓性強度。增強的撓性強度。應用：功率放大器；濾波器和連結(jié)器；無源元器件；天線。應用：功率放大器；濾波器和連結(jié)器；無源元器件；天線。電子科技

6、大學電子工程學院微波集成電路講義對于金屬材料的要求：對于金屬材料的要求：（1 1）高的導電率；）高的導電率；（2 2）低的電阻溫度系數(shù)；）低的電阻溫度系數(shù)；（3 3）對基片的附著性能好）對基片的附著性能好; ;（4 4）好的刻蝕性和可焊接性）好的刻蝕性和可焊接性; ;（5 5）易于淀積和電鍍。）易于淀積和電鍍。2.1 引言電子科技大學電子工程學院微波集成電路講義材料材料 表面電阻率表面電阻率(f單位單位:Hz)趨膚深度趨膚深度2GHz（m）熱膨脹系數(shù)熱膨脹系數(shù)（10-8/）與介質(zhì)與介質(zhì)附著力附著力工藝方法工藝方法銀（銀（Ag）2.51.421差差蒸發(fā)蒸發(fā)銅（銅（Cu）2.61.518差差電鍍電

7、鍍/蒸發(fā)蒸發(fā)/淀積淀積金（金（Au）3.01.715差差電鍍電鍍/蒸發(fā)蒸發(fā)鋁（鋁（Al）3.31.926差差蒸發(fā)蒸發(fā)鉻（鉻（Cr）4.72.79好好蒸發(fā)蒸發(fā)鈀（鈀（pd）3.611中中蒸發(fā)蒸發(fā)/電鍍電鍍/濺射濺射鉭鉭(Ta)7.24.06.6好好濺時濺時2.1 引言電子科技大學電子工程學院微波集成電路講義MICMIC主要工藝過程：主要工藝過程：2.1 引言電子科技大學電子工程學院微波集成電路講義 薄膜與厚膜工藝產(chǎn)品之差異分析薄膜與厚膜工藝產(chǎn)品之差異分析2.1 引言薄膜工藝薄膜工藝厚膜工藝厚膜工藝精度精度高，高， 1%1%較低，較低， 10%10%鍍層材料鍍層材料材料穩(wěn)定度高材料穩(wěn)定度高易受漿料

8、影響易受漿料影響鍍層表面鍍層表面表面平整度高，誤差表面平整度高，誤差0.30.3 m m較差，誤差較差，誤差33 m m設(shè)備設(shè)備成本高成本高成本低成本低鍍層附著鍍層附著性性無需高溫燒結(jié)，不含無需高溫燒結(jié)，不含氧化物、附著性好氧化物、附著性好易受基板材質(zhì)影易受基板材質(zhì)影響響電路對準電路對準使用曝光顯影，對準使用曝光顯影，對準性高性高易受絲網(wǎng)張力及易受絲網(wǎng)張力及使用次數(shù)影響，使用次數(shù)影響，對準性較差對準性較差電子科技大學電子工程學院微波集成電路講義2.2 微帶線微帶線微帶線目前是混合微波集成電路（微帶線目前是混合微波集成電路（HMICHMIC）和單片微波集成電）和單片微波集成電路（路（MMICMM

9、IC）以及多芯片組件（）以及多芯片組件（MCMMCM）使用最多的一種）使用最多的一種平面型平面型傳輸線傳輸線。微帶線結(jié)構(gòu)及內(nèi)部場結(jié)構(gòu)微帶線結(jié)構(gòu)及內(nèi)部場結(jié)構(gòu)電子科技大學電子工程學院微波集成電路講義 微帶線的優(yōu)缺點：微帶線的優(yōu)缺點：與波導、同軸線等立體電路相比的與波導、同軸線等立體電路相比的主要優(yōu)點主要優(yōu)點在于：在于：（1 1）體積小、重量輕；）體積小、重量輕；（2 2）采用的半空間開放電路結(jié)構(gòu)，便于與固體器件進行）采用的半空間開放電路結(jié)構(gòu)，便于與固體器件進行連接；連接；（3 3）電路的可靠性和性能得到改善，同時制造成本低。）電路的可靠性和性能得到改善，同時制造成本低。但也存在以下問題有待解決：但

10、也存在以下問題有待解決：（1 1）傳輸線的損耗較大；）傳輸線的損耗較大；（2 2）散熱較差、介質(zhì)基片在高電壓下容易擊穿問題。）散熱較差、介質(zhì)基片在高電壓下容易擊穿問題。2.2 微帶線微帶線電子科技大學電子工程學院微波集成電路講義微帶線可以看成由微帶線可以看成由平行雙線平行雙線演變而來演變而來2.2.1 概要概要平行雙線到微帶線的演變過程平行雙線到微帶線的演變過程電子科技大學電子工程學院微波集成電路講義微帶線發(fā)展歷史微帶線發(fā)展歷史 1952年年， Grieg and Engelmann，首次發(fā)表關(guān)于帶狀，首次發(fā)表關(guān)于帶狀線（線（stripline）的報道，）的報道， “Microstrip-A

11、New Transmission Technique for the Klilomegacycle Range” ，IRE proceeding 1955年，年， ITT Ferearl Telecommunications Laboratories（New Jersey）, 報道了多篇關(guān)于微帶報道了多篇關(guān)于微帶線的報道，線的報道，IEEE transactions on Microwave Theory and Technique. 1960年，年，薄基片厚度的微帶線流行。薄基片厚度的微帶線流行。2.2.1 概要概要電子科技大學電子工程學院微波集成電路講義微帶線由微帶線由介質(zhì)基片介質(zhì)基片、介

12、質(zhì)基片、介質(zhì)基片上的上的導帶導帶與與金屬接地層金屬接地層組成。組成。2.2.1 概要概要微帶線構(gòu)成微帶線構(gòu)成電子科技大學電子工程學院微波集成電路講義微帶線的微帶線的特性參數(shù)特性參數(shù)0( )( )dV zI z Z dz 0( )( )dI zV z Y dz22002( )( )( )d V zZ YV zV zdz22002( )( )( )d I zZ Y I zI zdz傳輸線電壓、電流波動方程傳輸線電壓、電流波動方程均勻傳輸線電壓、電流微均勻傳輸線電壓、電流微分方程或電報方程分方程或電報方程000ZRj L000YGj C2.2.2 微帶線特性分析微帶線特性分析 空氣微帶線特性阻抗：空

13、氣微帶線特性阻抗：Zv C010011傳輸波的相速范圍傳輸波的相速范圍 vvvprp0單位長度分布電容范圍單位長度分布電容范圍 CCCr01001特性阻抗范圍特性阻抗范圍 ZZZr01001 TEMTEM模無耗傳輸線的模無耗傳輸線的特性阻抗特性阻抗： Zv Cp001當微帶線的周圍全部用相對介電常數(shù)為當微帶線的周圍全部用相對介電常數(shù)為 的介質(zhì)填充時，的介質(zhì)填充時，其特性阻抗為其特性阻抗為rZZr0012.2.2 微帶線特性分析微帶線特性分析電子科技大學電子工程學院微波集成電路講義vvpre0相速為相速為相波長為相波長為 pre0單位長度分單位長度分布電容為布電容為 CCre001特性阻抗為特性

14、阻抗為 ZZre001rerCCq00111式中式中q q為填充因子，表示介質(zhì)填充的程度為填充因子，表示介質(zhì)填充的程度 qhw121110122.2.2 微帶線特性分析微帶線特性分析微帶線的周圍為非均勻介質(zhì)填充時，引入微帶線的周圍為非均勻介質(zhì)填充時，引入相對等效介電常數(shù)相對等效介電常數(shù)電子科技大學電子工程學院微波集成電路講義微帶線的分析方法微帶線的分析方法 19521952年時，年時， Grieg and Engelmann采用采用分析方法基于分析方法基于平行雙線平行雙線的準靜態(tài)分析。的準靜態(tài)分析。 2020世紀世紀6060年代，年代，保角變換、格林函數(shù)、有限差分法等發(fā)展；保角變換、格林函數(shù)、

15、有限差分法等發(fā)展； 19711971年時，年時，嚴格的場解方法已經(jīng)能夠計算色散特性。嚴格的場解方法已經(jīng)能夠計算色散特性。2.2.2 微帶線特性分析微帶線特性分析電子科技大學電子工程學院微波集成電路講義微帶線特性分析微帶線特性分析u微帶線分析方法有兩種：微帶線分析方法有兩種：（1 1）準靜態(tài)法）準靜態(tài)法（2 2）全波分析法）全波分析法u把微帶線的工作模式當作把微帶線的工作模式當作TEMTEM模來分析，這種分析方法模來分析，這種分析方法稱為稱為“準靜態(tài)分析法準靜態(tài)分析法” 。u全波分析全波分析法是法是利用利用高等電磁理論高等電磁理論，求，求滿足滿足完整完整MaxwellMaxwell方方程式及程式

16、及邊界條件邊界條件的的電磁場電磁場之解之解。2.2.2 微帶線特性分析微帶線特性分析電子科技大學電子工程學院微波集成電路講義23準靜態(tài)準靜態(tài)分析：分析：步驟步驟1 假設(shè)介質(zhì)假設(shè)介質(zhì)不存在，不存在，金屬導體之外金屬導體之外到到處都是空氣，處都是空氣，算算出其每出其每單位長電容單位長電容及及電感電感分別分別為為C C0 0及及L L0 0，此時此時: : 特性阻抗特性阻抗為為相位相位傳播常數(shù)為傳播常數(shù)為 000/CLZa000CLa2.2.2 微帶線特性分析微帶線特性分析電子科技大學電子工程學院微波集成電路講義24準靜態(tài)準靜態(tài)分析：分析：步驟步驟2u放入放入介質(zhì)，介質(zhì)，利用利用數(shù)值數(shù)值方法方法（如

17、：保角變換、有限差分、（如：保角變換、有限差分、積分方程和積分方程和變分法變分法）求出其求出其單位長電容單位長電容C，每每單位長電感單位長電感仍仍為為L L0 0，于是微帶線于是微帶線的特性阻抗的特性阻抗與與相位相位傳播常數(shù)分別為傳播常數(shù)分別為: :000aLCZZCC00aCLCC2.2.2 微帶線特性分析微帶線特性分析電子科技大學電子工程學院微波集成電路講義兩種情況下，上述準靜態(tài)兩種情況下，上述準靜態(tài)法將不適用：法將不適用：u介質(zhì)厚度和波長相比擬；介質(zhì)厚度和波長相比擬；u頻率較高時，例如毫米波頻頻率較高時，例如毫米波頻段的高端。段的高端。原因：存在高階模式！原因：存在高階模式！利用利用全波

18、法求解，可獲得全波法求解，可獲得更為準確的更為準確的微帶線特性阻微帶線特性阻抗和有效介電常數(shù)?？购陀行Ы殡姵?shù)。fre,Zc2.2.2 微帶線特性分析微帶線特性分析電子科技大學電子工程學院微波集成電路講義不不論準靜態(tài)分析論準靜態(tài)分析或全波分析都很或全波分析都很難難找到找到簡單的簡單的公式公式解，而必需利用解，而必需利用數(shù)值數(shù)值方法，以方法，以電腦計算數(shù)值解。電腦計算數(shù)值解。u市面上有市面上有許多許多商用商用軟件軟件可作可作微帶線微帶線的的準靜態(tài)準靜態(tài)分析及全波分析及全波分析分析 。u優(yōu)缺點：優(yōu)缺點：精度高、但計算效率太低，無法滿足工精度高、但計算效率太低，無法滿足工程需要。程需要。半半經(jīng)驗經(jīng)驗

19、解析公式解析公式u利用近似物理模型或利用近似物理模型或純經(jīng)驗表達式與測量純經(jīng)驗表達式與測量結(jié)果，結(jié)果，導出傳導出傳播播常數(shù)常數(shù)與與特性阻抗的公式特性阻抗的公式；u例：例：Bahl Bahl 與與Garg Garg 的的準靜態(tài)準靜態(tài)公式公式( (與實驗結(jié)果與實驗結(jié)果結(jié)果結(jié)果相當相當吻合吻合) )2.2.2 微帶線特性分析微帶線特性分析電子科技大學電子工程學院微波集成電路講義uBahl Bahl 與與 Garg Garg 準靜態(tài)準靜態(tài)公式公式計算結(jié)果計算結(jié)果 介質(zhì)介質(zhì)基板厚度基板厚度100mm，金屬金屬帶條帶條厚度厚度3mm； 相同的相同的頻率頻率、基板基板厚度、及厚度、及金金屬帶條屬帶條厚度之下

20、，微厚度之下，微帶線帶線的特的特性阻抗性阻抗與傳播與傳播特性只特性只與金屬帶與金屬帶條寬度條寬度有有關(guān)；關(guān)； 其他其他條件條件固定固定時時，金屬帶條越金屬帶條越寬寬，其特性阻抗，其特性阻抗越越小，而相小，而相對對介電常數(shù)越介電常數(shù)越大大； 可可輕易輕易在同一在同一塊電塊電路板作出不路板作出不同特性阻抗同特性阻抗傳輸線。傳輸線。r,w,hre,Zc2.2.2 微帶線特性分析微帶線特性分析電子科技大學電子工程學院微波集成電路講義2.2.2 微帶線特性分析微帶線特性分析電子科技大學電子工程學院微波集成電路講義29色散色散(Dispersion)u 色散：電磁波的傳播速度隨其頻率變化而變化的現(xiàn)象。色散

21、：電磁波的傳播速度隨其頻率變化而變化的現(xiàn)象。u微微帶線帶線不不傳播傳播TEMTEM波波 全波分析全波分析顯示顯示其有效相其有效相對對介介點常數(shù)（點常數(shù)（ re e) )和特性阻抗都和特性阻抗都會隨頻率變會隨頻率變化，稱為化，稱為色散色散； 有效相有效相對介電常數(shù)對介電常數(shù)re下相位傳播常數(shù)為：下相位傳播常數(shù)為：u也有研究人也有研究人員員提出色散模型的半提出色散模型的半經(jīng)驗經(jīng)驗公式公式 例例：HammerstadHammerstad與與JensenJensen的特性阻抗公式的特性阻抗公式 ； 例例：M.KobayashiM.Kobayashi的有效的有效相對介電常數(shù)相對介電常數(shù)公式公式；均不必均

22、不必記記，可，可寫成函數(shù)寫成函數(shù)，使用時調(diào)用就可使用時調(diào)用就可 re002.2.2 微帶線特性分析微帶線特性分析電子科技大學電子工程學院微波集成電路講義Hammerstad特性阻抗公式（誤差范圍特性阻抗公式（誤差范圍1%0，則需要對前式中帶條，則需要對前式中帶條寬度寬度w以有效寬度以有效寬度we進行修正，即：進行修正，即： we=w+w。在。在介電常數(shù)介電常數(shù)2 r 6、w/h1.25和和0.1t/w5h，側(cè)壁與微帶間距，側(cè)壁與微帶間距5w時，可以忽略。時，可以忽略。2.2.2 微帶線特性分析微帶線特性分析電子科技大學電子工程學院微波集成電路講義32u色散色散效應影響效應影響 特性阻抗和有效介

23、電常數(shù)隨頻率變化很小，我們可特性阻抗和有效介電常數(shù)隨頻率變化很小，我們可以引用一經(jīng)驗公式：以引用一經(jīng)驗公式： 其中其中fd d的單位為的單位為GHzGHz，h h的單位為的單位為cmcm。當。當ffd時，色散效應可以時，色散效應可以忽略。忽略。 例例 采用相對介電常數(shù)為采用相對介電常數(shù)為2.22.2，厚度為，厚度為0.254mm0.254mm的介質(zhì)基片作為微的介質(zhì)基片作為微帶線的襯底時，對于帶線的襯底時，對于5050歐姆阻抗線而言，色散效應可以忽略的歐姆阻抗線而言，色散效應可以忽略的最高頻率是多少？最高頻率是多少？2.2.2 微帶線特性分析微帶線特性分析電子科技大學電子工程學院微波集成電路講義

24、2.2.2 微帶線特性分析微帶線特性分析電子科技大學電子工程學院微波集成電路講義Rogers RT/duroid 5880Rogers RT/duroid 5880高頻層高頻層壓板使用在壓板使用在: :商用航空電話電路商用航空電話電路微帶線和帶狀線電路微帶線和帶狀線電路毫米波應用毫米波應用軍用雷達系統(tǒng)軍用雷達系統(tǒng)導彈制導系統(tǒng)導彈制導系統(tǒng)點對點數(shù)字無線電天線點對點數(shù)字無線電天線2.2.2 微帶線特性分析微帶線特性分析電子科技大學電子工程學院微波集成電路講義微帶線中傳輸模式微帶線中傳輸模式u空氣介質(zhì)的微帶線存在無色散的空氣介質(zhì)的微帶線存在無色散的TEM模模。u實際微帶線是制作在介質(zhì)基片上的，是實際

25、微帶線是制作在介質(zhì)基片上的，是TE模和模和TM模模的的混合?；旌夏?。u微帶線中的傳輸模式類似于微帶線中的傳輸模式類似于TEM模，故稱為模，故稱為準準TEM模模。2.2.2 微帶線特性分析微帶線特性分析電子科技大學電子工程學院微波集成電路講義36微微帶線無帶線無法法傳播傳播TEM波波說明說明u空氣與介質(zhì)空氣與介質(zhì)的交界面上的交界面上電場電場的的切切線線方向分量方向分量連續(xù)，因此連續(xù)，因此axdxEE 下下標標d和和a分別表示交界面的分別表示交界面的介介質(zhì)側(cè)質(zhì)側(cè)及空及空氣側(cè)。氣側(cè)。2.2.2 微帶線特性分析微帶線特性分析電子科技大學電子工程學院微波集成電路講義37微微帶線無法傳播帶線無法傳播TEM

26、波波說說明明u利用利用Maxwell 方程式可得方程式可得u在在直角坐直角坐標標系展系展開開，且利用交界，且利用交界面面兩側(cè)兩側(cè)磁磁場強場強度法度法線線方向分量方向分量連連續(xù)續(xù)的的條條件件(假定假定介質(zhì)介質(zhì)的的r=1) axdxHH)()(zHyHyHyrdzazr12.2.2 微帶線特性分析微帶線特性分析微微帶線無帶線無法法傳播傳播TEM波波說說明明u由由于于 大大于于1，而且，而且界界面上的面上的Hy不不為為零，它零，它對對z的的變變化也不化也不為為零零，因此因此式右式右邊邊的的項項不不會會是零是零，依據(jù)，依據(jù)上面的公式，上面的公式，其左方的其左方的項項因此不因此不能能為為零零，所以，所以

27、H Hz z也就不可以是也就不可以是。rzHyHyHyrdzazr1無法滿無法滿足足TEMTEM波波Hz=0Hz=0！ 2.2.2 微帶線特性分析微帶線特性分析電子科技大學電子工程學院微波集成電路講義uTE10TE10模截止波長為模截止波長為 uTM01TM01模截止波長為模截止波長為 波導模波導模: : u微帶線中的高次模：微帶線中的高次模：波導模和表面波模波導模和表面波模波導模是指在金屬導帶與接地板之間構(gòu)成有限寬度的平板波波導模是指在金屬導帶與接地板之間構(gòu)成有限寬度的平板波導中存在的導中存在的TETE、TMTM模模。平板波導的最低。平板波導的最低TETE模和模和TMTM模是模是TETE10

28、10模、模、TMTM0101模。模。rcw210TEh2rc2.2.2 微帶線特性分析微帶線特性分析電子科技大學電子工程學院微波集成電路講義微帶線中的主模和高次模微帶線中的主模和高次模u表面波模表面波模TETE1 1模截止波長模截止波長: :u表面波表面波TMTM0 0模截止波長模截止波長：表面波模表面波模: : 141crTEh0cTM微帶線的微帶線的單模工作條件單模工作條件: :min(20.8 )41rrWhh 例例 ：對于石英基片，相對介電常數(shù)為：對于石英基片，相對介電常數(shù)為3.83.8，工作在，工作在100GHz100GHz時，時，要求最低表面模與準要求最低表面模與準TEMTEM模之

29、間耦合可以忽略下，石英基片的模之間耦合可以忽略下，石英基片的厚度不能超過多少？厚度不能超過多少？2.2.2 微帶線特性分析微帶線特性分析電子科技大學電子工程學院微波集成電路講義2.2.3微帶線的損耗微帶線的損耗微帶線的損耗主要分為三部分：微帶線的損耗主要分為三部分：（1 1）介質(zhì)損耗：介質(zhì)損耗：當電流通過介質(zhì)時，由于介質(zhì)分子交替著極當電流通過介質(zhì)時，由于介質(zhì)分子交替著極化和晶格來回碰撞，而產(chǎn)生的損耗。化和晶格來回碰撞，而產(chǎn)生的損耗。（2 2）導體損耗：導體損耗：微帶線的導體帶條和接地板均具有有限的電微帶線的導體帶條和接地板均具有有限的電導率，電流通過時必然引起損耗，導率，電流通過時必然引起損耗

30、，是微帶線損耗的主要部是微帶線損耗的主要部分分。（3 3）輻射損耗：輻射損耗：由微帶線場結(jié)構(gòu)的半開放性所引起。為避免由微帶線場結(jié)構(gòu)的半開放性所引起。為避免輻射，減小損耗，并防止有其他電路的影響，一般的微帶輻射，減小損耗，并防止有其他電路的影響，一般的微帶電路均裝在電路均裝在金屬屏蔽盒金屬屏蔽盒中。中。電子科技大學電子工程學院微波集成電路講義2.2.3微帶線的損耗微帶線的損耗20llPPe20(1)lPPe21-2lel001=22PpPlPp p為單位長度傳輸線的功率損耗為單位長度傳輸線的功率損耗電子科技大學電子工程學院微波集成電路講義u介質(zhì)損耗：介質(zhì)損耗：010122ddpP 1 1為介質(zhì)的

31、介電常數(shù)，為介質(zhì)的介電常數(shù)， 0 0為導磁率，并把存在的介質(zhì)損耗為導磁率，并把存在的介質(zhì)損耗用一個等效損耗電導用一個等效損耗電導 1 1 來表示。來表示。 當有介質(zhì)損耗時，其有功電流密度和無功電流密度各為當有介質(zhì)損耗時，其有功電流密度和無功電流密度各為 1 1E E和和j j1 1E E。兩者大小比值。兩者大小比值的正切是衡量介質(zhì)損耗的一個基的正切是衡量介質(zhì)損耗的一個基本參量，本參量，稱為稱為損耗角正損耗角正切：切： 11tan =dtan27.3/gdB cm通常該損耗與導體損耗相比往往可以忽略不計通常該損耗與導體損耗相比往往可以忽略不計，但在介質(zhì)，但在介質(zhì)吸水或含有其他雜質(zhì)時，介質(zhì)損耗將會

32、增大吸水或含有其他雜質(zhì)時，介質(zhì)損耗將會增大。2.2.3微帶線的損耗微帶線的損耗電場全部浸在電場全部浸在介質(zhì)中時介質(zhì)中時電子科技大學電子工程學院微波集成電路講義u導體損耗：導體損耗：00=(/)0.86822cccRRN mZZ（dB/m）表面電阻系數(shù)表面電阻系數(shù)R0c趨膚深度趨膚深度c表面不平度表面不平度c要求：要求：1.表面粗糙度表面粗糙度5趨附深度。趨附深度。2.2.3微帶線的損耗微帶線的損耗電子科技大學電子工程學院微波集成電路講義總損耗隨基片厚度的變化情況總損耗隨基片厚度的變化情況f,r,hT2.2.3微帶線的損耗微帶線的損耗電子科技大學電子工程學院微波集成電路講義Q一段微帶線上的最大儲

33、能 2一段微帶線一個周期內(nèi)的損耗能量品質(zhì)因數(shù)品質(zhì)因數(shù)Q Q值的定義：值的定義： 由于傳輸線上損耗的能量分成由于傳輸線上損耗的能量分成介質(zhì)、導體和輻射損耗介質(zhì)、導體和輻射損耗，因，因此也有相應的此也有相應的Q Qc c( (導體損耗對應導體損耗對應Q Q值值) )、Q Qd d（介質(zhì)損耗對應（介質(zhì)損耗對應Q Q值）值）和輻射損耗和輻射損耗Q Qr r( ( 輻射損耗對應的輻射損耗對應的Q Q值值), ),它們的關(guān)系是它們的關(guān)系是 ：1111=cdrQQQQ微帶線的品質(zhì)因素微帶線的品質(zhì)因素2.2.4微帶線的品質(zhì)因素微帶線的品質(zhì)因素電子科技大學電子工程學院微波集成電路講義與波導、同軸線相比，微帶的與

34、波導、同軸線相比，微帶的Q Q值通常要低一至二個數(shù)量級值通常要低一至二個數(shù)量級品質(zhì)因數(shù)隨基片厚度的變化情況品質(zhì)因數(shù)隨基片厚度的變化情況對一個給定頻率，存在一個對一個給定頻率，存在一個使使Q值最大的最佳基片厚度值最大的最佳基片厚度hoptf,rhopt（原因：輻射損耗（原因：輻射損耗 ）2.2.4微帶線的品質(zhì)因素微帶線的品質(zhì)因素電子科技大學電子工程學院微波集成電路講義毫米波電路尺寸小，制造公差問題比較突出毫米波電路尺寸小，制造公差問題比較突出公差的影響公差的影響低介電常數(shù)的薄低介電常數(shù)的薄基片允許的公差基片允許的公差相對大一些相對大一些2.2.5微帶線的公差影響微帶線的公差影響電子科技大學電子工

35、程學院微波集成電路講義u最高工作頻率受限于最高工作頻率受限于寄生模的激勵寄生模的激勵過高的損耗過高的損耗色散色散嚴重的不連續(xù)效應嚴重的不連續(xù)效應輻射引起的輻射引起的Q Q值降低值降低嚴格的制造公差嚴格的制造公差加工安裝損壞加工安裝損壞制造工藝的限制制造工藝的限制 頻率上限頻率上限2.2.6 微帶線的工作頻率極限微帶線的工作頻率極限目前理論表明，普目前理論表明，普通微帶線結(jié)構(gòu)最高通微帶線結(jié)構(gòu)最高工作頻率工作頻率110GHz(36)W 和和 2.3 帶狀線帶狀線電子科技大學電子工程學院微波集成電路講義特性阻抗特性阻抗： 惠勒（惠勒（WheelerWheeler，H.A.H.A.）用保角變換法得到了

36、如下有限）用保角變換法得到了如下有限厚度導體帶帶狀線特性阻抗公式厚度導體帶帶狀線特性阻抗公式2304 18 18 1Zln 1.6.27crmmmtbWtbWmnxbWxxxxxtbW1 . 1/0796. 02ln5 . 01)1 (2btxxx，1.3212n式中式中t t為導體帶的厚度。當為導體帶的厚度。當W / (b - t)10W / (b - t)h(Wh(即邊緣場的作用不大即邊緣場的作用不大) )時可用下列近似公式計算其特時可用下列近似公式計算其特性阻抗和等效介電常數(shù)：性阻抗和等效介電常數(shù)： cceZZ120 ()cahZw(1)rercahbah2.4 懸置微帶和倒置微帶懸置微

37、帶和倒置微帶電子科技大學電子工程學院微波集成電路講義2.5 槽線和共面波導槽線的場結(jié)構(gòu)和電流分布槽線的場結(jié)構(gòu)和電流分布槽線結(jié)構(gòu)示意圖槽線結(jié)構(gòu)示意圖TE波槽線的介質(zhì)基片必須用槽線的介質(zhì)基片必須用高介電常數(shù)材料高介電常數(shù)材料電子科技大學電子工程學院微波集成電路講義 共面波導有一個獨特的性質(zhì)，即其共面波導有一個獨特的性質(zhì)，即其特性阻抗與特性阻抗與基片的厚度幾乎無關(guān)基片的厚度幾乎無關(guān)。因此，可以利用低損耗。因此，可以利用低損耗高介電常數(shù)的材料作為基片來減小縱向電路尺高介電常數(shù)的材料作為基片來減小縱向電路尺寸，這對于寸，這對于低頻段的微波集成電路低頻段的微波集成電路來說是特別來說是特別重要的。重要的。共

38、面波導的結(jié)構(gòu)示意圖共面波導的結(jié)構(gòu)示意圖共面波導的場強示意圖共面波導的場強示意圖2.5 槽線和共面波導電子科技大學電子工程學院微波集成電路講義 準準TEMTEM模傳輸截止頻率高，適合極高頻集成電路應模傳輸截止頻率高，適合極高頻集成電路應用；色散效應比微帶線弱，適合寬帶電路設(shè)計。用；色散效應比微帶線弱，適合寬帶電路設(shè)計。100GHz 100GHz 放大器單片電路放大器單片電路2.5 槽線和共面波導電子科技大學電子工程學院微波集成電路講義缺點：缺點： 微帶線的損耗要低于共面波導；微帶線的損耗要低于共面波導； 微帶線的等效介電常數(shù)要高于共面波導，因此微帶線的等效介電常數(shù)要高于共面波導，因此具有更短的波

39、長，從而具有更小的分布效應；具有更短的波長，從而具有更小的分布效應； 共面波導的模型更為復雜，建模困難。共面波導的模型更為復雜，建模困難。5-55GHz 5-55GHz 分分布式放大器布式放大器單片電路單片電路2.5 槽線和共面波導電子科技大學電子工程學院微波集成電路講義 微帶線是一種非常好的傳輸線結(jié)構(gòu)，目前最高頻率可達微帶線是一種非常好的傳輸線結(jié)構(gòu)，目前最高頻率可達100GHz100GHz以上。但是在毫米波高端仍舊存在問題：以上。但是在毫米波高端仍舊存在問題： 1. 1.輻射損耗大輻射損耗大，電路中，電路中寄生模耦合明顯增加寄生模耦合明顯增加，電路，電路Q Q值降值降低。低。 2. 2.強烈的色散效應強烈的色散效應以及隨之而來的高次模傳輸?shù)目赡苄员匾约半S之而來的高次模傳輸?shù)目赡苄员厝粚е码娐贩€(wěn)定性下降。然導致電路穩(wěn)定性下降。 3. 3.把多個電路集成在一起時，為減小電路間的有害耦合把多個電路集成在一起時，為減小電路間的有害耦合必必須采用模式隔離或諧振吸收裝置須采用模式隔離或諧振吸收裝置。2.6鰭線鰭線1972年，P.J.Meier提出的鰭線（Fishline）電子科技大學電子工程