结构

「微带线」是一种微波集成传输线,它由介质基片上的导带、介质基片波和介质基片底面的金属板共同构成。基本上射频电路和集成电路都使用微带线。

img-2024-05-06 09-10-50.png

微带线可以使用金属薄膜工艺,从而相比带状线降低了加工成本。微带线的结构可以认为是双导线利用电像法得到。

img-2024-05-30 22-41-48.png

传输特性

准 TEM 模

由于微带线是由双导线传输线演变而来,属于双导体系统,所以,若导体带与接地板之间没有填充介质基片,或者说介质就是空气,或者整个微带线被另一种均匀的介质全部包围着,那么,它可以传输 TEM 模,而且是最低模式,截止频率为零

然而实际的微带线填充了介质基片,而其余部分为空气。所以,微带线可以认为是部分填充介质的双导体传输系统。在微带线的横截面上存在介质与空气的交界面,也存在介质与理想导体的交界面。可见,在微带传输线中传输的任何模式的场除了应满足介质与理想导体的边界条件之外,还应该满足两种不同介质的边界条件。

由 TEM 模场特征和电磁场边界条件可知,纯 TEM 模的场是不满足这个边界条件的,微带线中传输的主模也不是完全的 TEM 模,而是由 TE 模和 TM 模的组合而成的混合模式,是具有色散特性模式,这种模式通常被称为准 TEM 模

特性阻抗

由于微带线的准 TEM 模的场部分在空气中,部分在介质中,因此一般采用微带线等效介电常数 来表示这种情况对传输特性的影响。

忽略导带厚度,假设 相同, 相同,则

为带线特性阻抗, 为空气微带特性阻抗,则

其中 为空气微带电容,令介质电容为 ,则有

因此目标为求解等效介电常数 和空气微带特性阻抗 。无介质填充时特性阻抗为

时,上式的精度达到 。当 时,特性阻抗为

略去求解过程,微带线等效介电常数表示为

或近似为

尺寸选择

当频率升高、位带线的尺寸可与波长比拟时,就可能出现高次模,如波导模表面波模等。

为了防止波导模出现,应做到

特点

  • 由于其微结构,在有限的大小内可以做出期望的特性阻抗。通过使用低损耗高介电介质,可以做到频率不变的情况下尽可能降低波长。
  • 由于其不对称结构,微带线一部分工作在介质中,另一部分工作在空气中,因此无法传输TM 波
  • 集成结构可以与半导体元件很好地兼容。

设计

华科教材给了微带线设计方法的步骤。主要有

  1. 数值迭代法
  2. 经验公式
  3. 计算软件

设计约束满足以下要求,则可以认为是准 TEM 模,最小工作波长

特点

优点

  1. 体积小重量轻
  2. 频带宽
  3. 容易集成

缺点

  1. 开放式系统,存在辐射损耗,介质也带来介质损耗,因此 Q 值低,容量小

其他带状线,耦合带状线等等分析方法是类似的,不再去仔细展开来讲,感兴趣可以去了解一下,不是考试重点,包括槽线波导