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微带传输线微带电容微带电感设计 PPT

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传输线及S参数-PPT

传输线及S参数-PPT

11
反射系数 (reflection coefficient)
反射系数 ：传输线上任意一点处的反射波电压（或电流）与入射波电 压（或电流）之比，即
(z) U r (z) Ir (z) Ui (z) Ii (z)
对无耗传输线 j ，终端负载为Zl，则
(z)
A2e jz A1e jz
Zl Zl
21
散射参量(S)
实际的射频系统不能采用终端开路(电容效应)或短路(电感效应)的测量方
法，另外终端的不连续性将导致有害的电压电流波反射，并产生可能造成器
件损坏的振荡。
S 参量的定义
a1 b1
S
a2 b2
定义归一化入射电压波：an
Vn 2
Z0In Z0
定义归一化反射电压波：bn
Vn 2
Z0In Z0
+ -
v3
iN-1 N-1端口+- vN-1
其中
阻抗
Znm
矩阵
多端口 网络
vn i ik 0
m
i2 v2
+ -
2
端口
i4 v4
+ -
4
端口
iN vN
+- N
端口
for k m 19
同理：
i1 i2
Y11 Y21
iN YN1
Y12 Y22
YN 2
Y1N v1
Y2
N
相加：Vn an bn Z0 相减：In an bn / Z0
：
an Vn /
Z0
， I
n
Z0
bn Vn /
Z0
I
n
Z0
参量：
《电容以及电感》课件

《电容以及电感》课件


电感的应用场景和实例
滤波
电感常用于滤波电路中，如电 源滤波器和信号滤波器。
振荡
电感与电容配合使用，可构成 LC振荡电路，用于产生特定频 率的信号。
磁屏蔽
大电流的导线绕在铁氧体磁芯 上，可构成磁屏蔽，用于减小 磁场对周围电子设备的干扰。
传感器
利用电感的磁路和电路特性， 可制成位移、速度、加速度等
传感器。
。
信号处理
电容和电感在信号处理中起到关键 作用，能够实现信号的过滤、耦合 和转换等功能。
电路稳定性
电容和电感在电路中起到稳定电流 的作用，有助于提高电路的可靠性 和稳定性。
电容和电感的发展趋势和未来展望
微型化
随着电子技术的不断发展，电容和电感元件正朝着微型化 、高密度集成方向发展，以满足现代电子产品对小型化和 轻量化的需电源滤波电 路中，滤除交流成分，保 持直流输出平稳。
高频信号处理
陶瓷电容和云母电容用于 高频信号处理电路中，如 调频收音机和电视机的信 号处理。
耦合
电容用于信号耦合，将信 号从一个电路传输到另一 个电路，如音频信号的传 输。
03 电感的工作原理和应用
电感的磁路和电路特性
02 电容的工作原理和应用
电容的充电和放电过程
充电过程
当直流电压加在电容两端时，电容开 始充电，正电荷在电场力的作用下向 电容的一极移动，负电荷向另一极移 动，在极板上形成电荷积累。
放电过程
当充电后的电容两端接上负载电阻时 ，电容开始放电，电荷通过负载电阻 释放，电流逐渐减小，最终电容内的 电荷完全释放。
在RC振荡器中，通过改变电容的容量或电阻的阻值，可以调节振荡器的 输出频率。在LC振荡器中，通过改变电感的量或电容的容量，也可以调
电磁场课件-第三章微带传输线

电磁场课件-第三章微带传输线

导波速度
在微带线中，导波速度受到介质和导 体材料的影响，不同材料的微带线具 有不同的导波速度。
传播常数与衰减
传播常数
传播常数是描述电磁波在传输线中传播特性的参数，包括相位常数和衰减常数。
衰减
在微带线中，电磁波会因为介质和导体材料的损耗而发生衰减，衰减的大小与传输线的长度和频率有 关。
04 微带线的传输模式
降低介质损耗的方法包括选择低损耗的介质材料、降低介质温度和减小电场强度 等。
色散特性
色散是指不同频率的信号在传输过程中具有不同的相速度和 群速度的现象。在微带线中，色散主要与介质的介电常数和 电导率等因素有关。
了解色散特性对于设计高性能的微带线系统和避免信号失真 非常重要。通过优化微带线的结构和参数，可以减小色散效 应，提高信号传输质量。
03 微带传输线的电气特性
电场分布
电场分布特点
在微带线中，电场主要分布在导体和介质之间，而导体内部 电场强度较小。
电场分布与传输模式
电场的分布与传输模式有关，例如在准TEM模式下，电场主 要分布在导体两侧，而在其他模式下，电场分布可能更加复 杂。
阻抗与导波速度
阻抗计算
微带线的阻抗可以通过其几何尺寸和 介质参数计算得出，阻抗值与传输线 的特性阻抗有关。
微带线的宽度通常在几毫米到几十毫 米之间，根据传输信号的频率和介质 基片的电气性能来选择合适的宽度。
厚度
微带线的厚度通常在几微米到几百微 米之间，较薄的介质基片可以减小线 路的介质损耗，提高传输效率。
介质基片
种类
常用的介质基片有氧化铝、陶瓷、聚四氟乙烯等，根据应用场景和性能要求选 择合适的介质基片。
响。
应用场景
01
02
03
《微带电路》课件

《微带电路》课件


几种常用工艺
常用的微带线制作工艺包括刻蚀 法、印刷法和剥离法等。
选择合适的基板材料
基板材料的选择对微带线的性能 和制作工艺有重要影响。
组装和封装
微带电路的组装和封装需要专业 技术和设备，确保电路的稳定性 和可靠性。
微带电路的应用领域
通信系统
微带电路在通信系统中用于信号传输、滤波和放大，提高了系统的性能和可靠性。
总结和展望
微带电路是一项重要的微波电路技术，具有广泛的应用前景。随着科技的进 步，微带电路将继续发展，为各个领域提供更高性能和可靠性的解决方案。
3 应用广泛
微带电路常用于射频、通 信、雷达等领域，是无线 电频率电子系统中不可或 缺的一部分。
微带电路的原理
电磁波传播
微带电路中的电磁波在微带线 上传播，遵循电磁波的传播原 理。
微波辐射和耦合
微带电路中的微波会发生辐射 和耦合现象，需要通过设计和 优化来减小对系统的影响。
信号损耗和失真
微带电路中的信号会经历损耗 和失真，需要合理选择材料和 设计参数来提高性能。
微带线参数计算方法
1
长度计算
2
微带线的长度决定了信号传播的时间，
需要根据传输速度和时间要求进行计算。
3
宽度计算
微带线的宽度与介质常数、工作频率、 阻抗等因素有关，需要使用计算公式来 确定宽度。
阻抗匹配计算
微带线的阻抗需要与其他电路元件进行 匹配，需要根据设计要求和阻抗公式进 行计算。
微带线的制作工艺
雷达系统
微带电路在雷达系统中用于发射和接收信号，实现高频率和高分辨率的探测。
无线传感器网络
微带电路在无线传感器网络中用于信号传输和能量管理，实现低功耗和长寿命。
第9次 第四章 微波集成传输线 微带线 耦合传输线

第9次 第四章 微波集成传输线 微带线 耦合传输线

3. 偶模激励(even-mode excitation):
由大小相等、方向相同的电流对耦合线两带状导体产生的激励，偶模激励中 间对称面为磁壁 。
偶模激励的场结构 单根带状导体对地的分布电容为偶模电容
等效电容网络
Ce C11 C22
Anhui University
4. 奇偶模分析方法
在奇、偶模激励下，耦合线被电壁和磁壁分成两半，另一根带状导体的影响 分别可用对称面上的电壁和磁壁边界条件来等效，这样只需分别研究单根奇模线 和单根偶模线的特性.，然后叠加便可得到耦合线的特性。
Z 1 r 1 0.11 A 0 r 0.23 60 2 r 1 r W / h≤2 窄带 当A》=1.52窄带情况：
W 8e A 2A h e 2
当A《=1.52宽带情况：
W / h 2宽带
1 W 2 0.61 B 1 ln(2 B 1) r ln( B 1) 0.39 h 2 r r
Anhui University
4.2 微带线(microstrip line)
微带线是第二代微波集成传输线，是微波集成电路最常用的一种平面型传输线，它 易于与有源微波电路和无源微波电路集成，又称为标准微带。
一、微带的结构与工作模式：
它是在高度为h的介质片上，一边为宽度为w 厚度为t的导体带，另外一边为接地板构成。
Anhui University
2.奇模激励 (odd-mode excitation):
由大小相等、方向相反的电流对耦合线两带状导体产生的激励，奇模激励 时中间对称面为电壁。
奇模激励的场结构
单根带状导体对地的分布电容为奇模电容
微带线理论.ppt

微带线理论.ppt


图 3.34 耦合微带线
利用前述耦合传输线的结果得出耦合微带的传输参数。 对于奇模激励有
c v po eo 0 po eo o 2 po 1 Z 0o v po C 0 o ( r )
(3-3-14)
对于偶模激励有
c v pe ee 0 pe ee e 2 pe 1 Z 0e v pe C 0 e ( r )
式中，c为光速。
(3-3-15)
C0o(1)、C0e(1)、C0o(εr)、C0e(εr)可采用保角变换法或
介质格林函数积分方程法进行计算而得到精确解，但过程
传输模: 对于实际填充εr介质的标准微带线，导带周围一般有两种介 质，即导带上方为空气，下方为εr的介质，其场大部分集中在导 带与接地板之间，其余的场分布在空气介质中。实际上，微带线 中真正传输的是一种叫作TE-TM 的混合波，即纵向场分量Ez、 Hz不为零，主要是由介质、空气分界面处的边界条件引起的。 但由于纵向场与导带和接地板之间的横向场分量相比要小得多， 当工作频率不是很高时，适当选择微带线尺寸，便可忽略纵向场 分量的影响，因此微带线中传输模的特性与TEM 波相差很小， 故称其为准TEM 波。 实验表明，此时微带中纵向场分量比 较弱，其场分布与纯 TEM模很相似，微 带线实际的相速、特性阻抗等基本参量 和按纯TEM模计算的结果也十分接近。
变化
图3.31给出 了微带线有 效介电常数 平方根 e 随 W h 变 化的曲线。
图3.31微带线有效介电常数平方根

W
e
随 h
变化曲线
3.2.6 微带线的尺寸要求 微带线中除了准TEM 模外，同带状线一样，也有高次 模存在。微带线的高次模有波导模和表面波模两种模式。 波导模存在于导带与接地板之间，表面波模只要接地板上 有介质基片就会存在。 为了抑制高次模，微带线的横向尺寸应选择为
第三章 微波传输线 4微带线

第三章 微波传输线 4微带线


2
e
(
f
)
r
1
4F
e
1.5
e
式中
F
4h
r 0
1 0.5 [1 2ln(1
w h
)]2
第3章 微波传输线
z0 (
f
)
z0
e( f ) e
1
1
e e( f )
5)
微带线的高次模有两种模式: 波导模式和表面波模式。 波 导模式存在于导带与接地板之间, 表面波模式则只要在接地板 上有介质基片即能存在。
可忽略介质衰减。但当用硅和砷化镓等半导体材料作为介质基
片时, 微带线的介质衰减相对较大, 不可忽略。
4)
前面对微带线的分析都是基于准TEM模条件下进行的。 当频率较低时, 这种假设是符合实际的。
第3章 微波传输线
然而, 实验证明, 当工作频率高于5GHz时, 介质微带线的特 性阻抗和相速的计算结果与实际相差较多。这表明, 当频率较 高时, 微带线中由TE和TM模组成的高次模使特性阻抗和相速
基片 打孔 蒸发 光刻 腐蚀 电镀 图 23-2 微带工艺
一般地说，微带均有介质填充，因此电磁波在其中传 播时产生波长缩短，微带的特点是微。
第3章 微波传输线
常用的基片有两种：
氧化铝Al2O3陶瓷 r=90～99 聚四氟乙烯或聚氯乙烯 r=2.50左右。
容易集成，和有源器件、半导体管构成放大、混频和振荡。
第3章 微波传输线
同理可得
EZ1 y
r
Ez 2 y
j
(1
1
r
)
E
y
2
可见，当εr≠1时, 必然存在纵向分量Ez和Hz, 亦即不存在纯 TEM模。但是当频率不很高时, 由于微带线基片厚度h远小于
第5章电容电感 24页PPT

第5章电容电感 24页PPT


W(t0,t)
t p()dC t u()dud
t0
t0
d
C uu((tt0))udu12C[u2(t)u2(t0)]
若电容的初始储能为零，即u(t0)=0， 则任意时刻储存在电容中的能量为：
说明
WC(t)1 2Cu2(t)0
1）电容的储能取决于该时刻电容电压， 与电流无关。电容电压反映了电容的 储能状态，也叫做状态变量。
2）电容只是储能元件，而没有耗散能量。
§5 5 电感元件
1.电感器（电感线圈）：储存磁场能的部件。
i
总磁通称磁链：ψ (t)=Nφ
N圈
是磁链与电流相约束的部件。
2. 定义： 一个两端元件，在任意时刻t，其电流i(t)和磁
通链 之(t间) 的关系可以用 一i条曲线来确定，则 此两端元件称电感元件。
例1：已知 i(t)2e10tA，L=0.5H, 求 u(t)
i(t) L
解： u (t ) L di (t )
dt
+ u(t) _
0.5 2 ( 10 )e 10 t 10 e 10 t
例2：已知 L=1H，求 u(t)
i(A)
t+1
1
解： i (t ) = 1
若任一时刻电流与磁通链符合右手螺旋法则，
且： ψ(t)L(it)
其中L为常数，则该元件称线性非时变电感元件，
简称电感。
ψ
i(t)ψ (t) + u(t)_
o
i
电感的韦安特性
§5 6 电感的伏安关系
规律：电流变化 磁链变化 感应电压
i(t) ψ(t) + u(t) _
u(t)dψd(L)iLdi dt dt dt
微带传输线微带电容微带电感设计ppt课件

微带传输线微带电容微带电感设计ppt课件


介电常数2.3
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
介电常数3.3
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
Matlab计算结果
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
ADS建模仿真
• 新建工程，选择【File】→【New Project】，系统出现新建工程对 话框。在name栏中输入工程:microstrip，并在Project Technology Files栏中选择ADS Standard：Length unit——millimet，默认单位 为mm。单击OK，完成新建工程，此时原理图设计窗口会自动打开。
MUSB
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
MLIN
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
ADS建模仿真
导带线宽2mm
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
导带线宽3mm
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
• 在原理图设计窗口中选择TLines-Microstrip元件面板列表,并选择 MSUB，按照如图所示的方式连接起来。
微带线等效电感电容

微带线等效电感电容

微带线等效电感电容
微带线是一种常用的高频电路元件，它具有一定的等效电感和电容。

在高频电路中，微带线的等效电感和电容对电路的性能起着重要的影响。

我们来看微带线的等效电感。

微带线的等效电感是指微带线在高频电路中的感应作用，类似于线圈的感应电感。

微带线的等效电感与其几何尺寸、材料特性以及工作频率有关。

一般来说，微带线的等效电感随着线宽的增加而增大，随着介质常数的增加而减小。

等效电感的存在会导致微带线在高频信号传输中的频率响应发生变化，从而影响信号的传输质量。

接下来，我们来看微带线的等效电容。

微带线的等效电容是指微带线两边导体之间的电容作用，类似于电容器的电容。

微带线的等效电容与其几何尺寸、材料特性以及工作频率有关。

一般来说，微带线的等效电容随着线宽的增加而增大，随着介质常数的增加而减小。

等效电容的存在会导致微带线在高频信号传输中的频率响应发生变化，从而影响信号的传输质量。

微带线的等效电感和电容是微带线在高频电路中的重要参数，对于保证高频信号的传输质量起着至关重要的作用。

在实际应用中，我们需要根据具体的设计要求和工作频率来选择合适的微带线尺寸和材料，以实现所需的电感和电容数值。

微带线的等效电感和电容是微带线在高频电路中的重要特性，对于保证高频信号的传输质量起着至关重要的作用。

我们需要充分理解微带线的等效电感和电容的特性，并根据具体的设计要求来选择合适的微带线尺寸和材料，以实现所需的电感和电容数值。

通过合理设计和选择微带线，我们可以有效地提高高频电路的性能和稳定性。

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ADS建模仿真
MUSB
MUSB
MLIN
ADS建模仿真
ADS建模仿真
手动设置法
• 手动微调微带传输线的W，当WH=2.96时，S11<-40dB，可以求出 反射系数为0.01，反射能量为万分之一，满足设计要求。
计算法
• 微带线计算控件：选择【Tools】→【LineCalc】→【Start LineCalc】工具来分析综合微带线的特性阻抗。
• 在原理图设计窗口中选择优化面板列表optim/stat/Yield/DOE, 在列表中选择优化控件optim，双击该控件设置优化方法和优化 次数，常用的优化方法有Random(随机)、Gradient(梯度)等。 随机法通常用于大范围搜索，梯度法则用于局部收敛。
• 在优化面板列表中选择优化目标控件Goal放置在原理图中，双 击该控件设置其参数。 Expr是优化目标名称，dB(S(1,2)) SimlnstanceName是仿真控件名称，这里选择SP1。 Min和Max是优化目标的最小与最大值。 Weight是指优化目标的权重。
• 在原理图设计窗口中选择TLines-Microstrip元件面板列表,并 选择MSUB，按照如图所示的方式连接起来。
• 在原理图设计窗口中选择S参数仿真工具栏，SimulationS_Param。选择Term放置在微带线两边，用来定义端口1和2，并 放置两个地，连接好电路。 选择S参数扫描控件放置在原理图中，并设置扫描的频率范围和 步长。双击S参数仿真控制器，参数设置如下。 Start=0 GHz，表示频率扫描的起始频率为0 GHz。 Stop=5 GHz，表示频率扫描的终止频率为5 GHz。 Step=0.01 GHz，表示频率扫描的频率间隔为0.01 GHz。
计算结果
综合10Ghz频段
综合4Ghz频段
使用计算参数仿真结果
优化法
• 单击工具栏上的VAR 图标，把变量控件VAR放置在原理图上，双 击该图标弹出变量设置窗口，依次添加各变量。
• 在Name栏中填变量名称，Variable Value栏中填变量的初值， 点击Add添加变量，然后单击Tune/Opt/Stat/DOE Setup按钮设 置变量的取值范围，其中的Enabled/Disabled表示该变量是否 能被优化，Minimum Value表示可优化的最小值Maximum Value 表示可优化的最大值。
Matlab编程
本设计中使用=2.3的介质，那么对于不同的W/h，使用matlab编程 计算：
disp('微带线阻抗计算') er=2.3; wh=1:0.1:10 ee=(1+er)/2+(er-1)/2*(1+10*(1./wh)).^(-0.5); z0=120*pi./(wh+2.44-0.44./wh+(1-1./wh).^6) z1=60*pi*pi*sqrt(1./ee)./(1+pi*wh+log(1+pi/2.*wh)) subplot(1,2,1) plot(wh,z0) subplot(1,2,2) plot(wh,z1)
在Substrate Parameters栏中填入与MSUB相同的微带线参数。 在Component Parameters栏中填入中心频率。 Physical栏中的W和L分别表示微带线的宽和长。 Electrical栏中的Z0和E_Eff分别表示微带线的特性阻抗和相位 延迟，点击Synthesize和Analyze栏，可以进行W、L与Z0、 E_Eff间的相互换算。
最终得到WH比为1.95
Matlab计算结果
Matlab计算结果
Matlab计算结果
Matlab计算结果
ADS建模仿真
• 新建工程，选择【File】→【New Project】，系统出现新建工 程对话框。在name栏中输入工程:microstrip，并在Project Technology Files栏中选择ADS Standard：Length unit—— millimet，默认单位为mm。单击OK，完成新建工程，此时原理 图设计窗口会自动打开。
你们好
微波电路ADS仿真
微带传输线设计
几种方法： （1）经验公式法 （2）手动设置法 （3）计算法，需要ADS的计算控件 （4）优化法
经验计算方法
微带线的特性阻抗计算方法：
Z0 =60 2
0 e
1+
W
1 +Ln（1+
W
（ W ）

h）
2h
2h
这个公式近似度差些，若要求稍微更精确些的计算，可采用下列的计算公式:
ADS建模仿真
设置控件MSUB微带线参数 copper： relative permittivity：1 relative permeability：0.999991 conductivity：58000000 siemens/m mass density：8933
H=1mm，微带线基板厚度为1mm Er=2.3，微带线基板的相对介电常数为2.3 Mur=1，微带线基板的相对磁导率为1 Cond=58000000，微带线导体的电导率为58000000 Hu=1.0e+0.33mm,表示微带线的封装高度 T=0.05mm，微带线的导体层厚度为0.05mm（50um） TanD=0.0003，微带线的损耗角tan=0.0003 Rough=0mm，微带线表面粗糙度为0mm
Z0 =60
W
+1
1
Ln[2 e(W
（ W +0.94）]
h）
2h h
2h
e

1+r 2
+
r -1（1+ 10h ）-12 2W
或者使用另一组计算公式：
Z0
=60Ln（8h W
+
W 4h
），W

h
Z0 =
W
120
+2.42-0.44 h
+（1-
h
，W ）6

h
h
W
W
优化法结果
介电常数1.3
介电常数2.3
介电常数3.3
导带线宽2mm
导带线宽3mm
导带线宽4mm
介质高度1mm
介质高度1.5mm
介质高结果
理想电容仿真结果
微带传输线电容
砷化镓 介电常数为13.1 Aluminum： relative permittivity：1 relative permeability：