第9次 第四章 微波集成传输线 微带线 耦合传输线

《微波技术基础》期末复习题第2章 传输线理论1. 微波的频率范围和波长范围频率范围 300MHz ~ 3000 GHz 波长范围 1.0 m ~ 0.1mm ；2. 微波的特点⑴ 拟光性和拟声性；⑵ 频率高、频带宽、信息量大；⑶ 穿透性强；⑷ 微波沿直线传播；3. 传输线的特性参数⑴ 特性阻抗的概念和表达公式特性阻抗＝传输线上行波的电压／传输线上行波的电流 1101R j L Z G j C ⑵ 传输线的传播常数传播常数 j γαβ=+的意义，包括对幅度和相位的影响。

4. 传输线的分布参数：⑴ 分布参数阻抗的概念和定义⑵ 传输线分布参数阻抗具有的特性()()()in V d Z d I d =00ch sh sh ch L L L L V d I Z d V d I d Z γγγγ+=+000th th L L Z Z d Z Z Z d γγ+=+① 传输线上任意一点 d 的阻抗与该点的位置d 和负载阻抗Z L 有关； ② d 点的阻抗可看成由该点向负载看去的输入阻抗；③ 传输线段具有阻抗变换作用；由公式 ()in Z d 000th th L L Z Z d Z Z Z dγγ+=+ 可以看到这一点。

④ 无损线的阻抗呈周期性变化，具有λ/4的变换性和 λ/2重复性； ⑤ 微波频率下，传输线上的电压和电流缺乏明确的物理意义，不能直接测量；⑶ 反射参量① 反射系数的概念、定义和轨迹；② 对无损线，其反射系数的轨迹？；③ 阻抗与反射系数的关系；in ()1()()()1()V d d Z d I d d 01()1()d Z d ⑷ 驻波参量① 传输线上驻波形成的原因？② 为什么要提出驻波参量？③ 阻抗与驻波参量的关系；5. 无耗传输线的概念和无耗工作状态分析⑴ 行波状态的条件、特性分析和特点；⑵ 全反射状态的条件、特性分析和特点；⑶ 行驻波状态的条件、特性分析和特点；6. 有耗传输线的特点、损耗对导行波的主要影响和次要影响7. 引入史密斯圆图的意义、圆图的构成；8. 阻抗匹配的概念、重要性9. 阻抗匹配的方式及解决的问题⑴ 负载 — 传输线的匹配⑵ 信号源 — 传输线的匹配⑶ 信号源的共轭匹配10. 负载阻抗匹配方法⑴ λ/4阻抗匹配器⑵ 并联支节调配器⑶ 串联支节调配器第3章 规则金属波导1. 矩形波导的结构特点、主要应用场合；2. 矩形波导中可同时存在无穷多种TE 和TM 导模；3. TE 和TM 导模的条件；TE 导模的条件：00(,,)(,)0j z z z z E H x y z H x y e β-==≠TE 导模的条件：00(,,)(,)0j z z z z H E x y z E x y e β-==≠4. 关于矩形波导的5个特点；5. 掌握矩形波导TE 10模的场结构，并在此基础上掌握TE m0模的场结构；6. 管壁电流的概念；7. 管壁电流的大小和方向；8. 矩形波导的传输特性（导模的传输条件与截止）；9. 圆形波导主模TE11模的场结构。

空气耦合微带线空气耦合微带线是一种用于传输微波信号的传输线，具有低损耗、高带宽和易于制造等优点。

下面将详细介绍空气耦合微带线的结构、工作原理、特点以及应用。

一、空气耦合微带线的基本结构空气耦合微带线是一种传输线，其基本结构包括两根平行的金属导线和一个空气腔体。

金属导线通常由铜、铝或钢等导电材料制成，具有较高的电导率。

空气腔体则由非导电材料制成，如聚乙烯或聚四氟乙烯等。

二、空气耦合微带线的工作原理空气耦合微带线的工作原理基于空气腔体对微波信号的限制作用。

当微波信号在金属导线中传输时，它会感应出相应的磁场和电场。

由于空气腔体的存在，这些磁场和电场会被限制在腔体内部，从而避免了信号的辐射损失。

同时，由于空气的介电常数接近于1，因此空气耦合微带线的传播速度接近于光速，使得信号能够在传输线上快速传输。

三、空气耦合微带线的特点1. 低损耗：由于空气耦合微带线采用空气作为传输介质，因此具有较低的介质损耗。

与常用的同轴电缆相比，空气耦合微带线的传输损耗更低，适用于长距离传输。

2. 高带宽：空气耦合微带线的带宽范围很宽，可以从几百兆赫兹到几十吉赫兹。

这使得空气耦合微带线适用于各种不同的应用场景，如无线通信、雷达和电子对抗等。

3. 易于制造：空气耦合微带线的制造过程相对简单，成本较低。

此外，由于其体积较小，因此易于集成到各种不同的系统中。

4. 抗电磁干扰：由于空气耦合微带线对外部电磁干扰的免疫力较强，因此适用于各种恶劣的电磁环境中。

5. 灵活的设计：空气耦合微带线的结构灵活可变，可以根据不同的应用需求进行定制。

例如，可以通过改变金属导线的形状、尺寸和排列方式来优化传输性能。

四、空气耦合微带线的应用由于具有上述优点，空气耦合微带线在许多领域都有广泛的应用，包括：1. 无线通信：空气耦合微带线可用于基站、无线局域网和卫星通信等无线通信系统中。

它能够提供低损耗、高速率的数据传输，并适应各种不同的环境条件。

2. 雷达和电子对抗：空气耦合微带线可用于雷达天线和电子对抗系统中。

第一章引论微波是指频率从300MHz到3000GHz范围内的电磁波，相应的波长从1m到0.1mm。

包括分米波（300MHz到3000MHz）、厘米波（3G到30G）、毫米波（30G 到300G）和亚毫米波（300G到3000G）。

微波这段电磁谱具有以下重要特点：似光性和似声性、穿透性、信息性和非电离性。

微波的传统应用是雷达和通信。

这是作为信息载体的应用。

微波具有频率高、频带宽和信息量大等特点。

强功率—微波加热弱功率—各种电量和非电量的测量导行系统：用以约束或者引导电磁波能量定向传输的结构导行系统的种类可以按传输的导行波划分为：(1)TEM(transversal Electromagnetic,横电磁波)或准TEM传输线(2)封闭金属波导(矩形或圆形，甚至椭圆或加脊波导)(3)表面波波导(或称开波导)导行波：沿导行系统定向传输的电磁波，简称导波微带、带状线，同轴线传输的导行波的电磁能量约束或限制在导体之间沿轴向传播。

是横电磁波(TEM)或准TEM波即电场或磁场沿即传播方向具有纵向电磁场分量。

开波导将电磁能量约束在波导结构的周围(波导内和波导表面附近)沿轴向传播，其导波为表面波。

导模(guided mode ):即导波的模式，又称为传输模或正规模，是能够沿导行系统独立存在的场型。

特点：(1)在导行系统横截面上的电磁场呈驻波分布，且是完全确定的，与频率以及导行系统上横截面的位置无关。

(2)模是离散的，当工作频率一定时，每个导模具有唯一的传播常数。

(3)导模之间相互正交，互不耦合。

(4)具有截止频率，截止频率和截止波长因导行系统和模式而异。

无纵向磁场的导波(即只有横向截面有磁场分量)，称为横磁(TM)波或E波。

无纵向电场的导波(即只有横向截面有电场分量)，称为横电(TE)波或H波。

TEM波的电场和磁场均分布在与导波传播方向垂直的横截面内。

第二章传输线理论传输线是以TEM模为导模的方式传递电磁能量或信号的导行系统，其特点是横向尺寸远小于其电磁波的工作波长。

微带耦合器原理微带耦合器是一种常用的无线通信系统中的被动器件，用于将微带线上的电磁能量从一个传输线耦合到另一个传输线上。

它具有紧凑、方便连接和灵活性等优点，广泛应用于微波集成电路和天线系统中。

微带耦合器的原理是通过电磁场的耦合将能量从一个传输线传输到另一个传输线。

其基本结构由两条平行的微带线构成，它们之间通过一定的耦合介质进行耦合。

微带线是一种在介质板上制作的导电线，由金属带和介质基板构成。

当电磁波通过微带线时，会在导体表面和介质之间形成一种电磁场。

在微带耦合器中，有两种常见的结构，一种是平行耦合型微带耦合器，另一种是串联耦合型微带耦合器。

平行耦合型微带耦合器的两条微带线平行排列，通过耦合介质进行能量的耦合。

而串联耦合型微带耦合器的两条微带线串联排列，通过耦合介质和连接线实现能量的耦合。

在平行耦合型微带耦合器中，耦合程度可以通过微带线之间的距离和耦合介质的性质来调节。

当两条微带线之间的距离很小，耦合效果较好，可以实现高耦合效率。

而当两条微带线之间的距离较大时，耦合效果较弱，可以实现低耦合效率。

耦合介质的性质也会影响耦合效果，常用的介质有氧化铝、氮化铝、聚四氟乙烯等。

在串联耦合型微带耦合器中，通过调节耦合介质的性质和连接线的长度来实现不同的耦合效果。

当耦合介质的性质和连接线的长度适当时，可以实现高耦合效率。

而当耦合介质的性质和连接线的长度不匹配时，耦合效果较弱，可以实现低耦合效率。

微带耦合器的耦合效率可以通过耦合系数来描述，耦合系数是指在一个传输线上的电磁能量被耦合到另一个传输线上的比例。

耦合系数越大，表示耦合效率越高。

耦合系数的大小可以通过微带耦合器的结构和参数来调节。

在设计微带耦合器时，需要考虑到所需的耦合系数以及传输线的特性阻抗等因素。

微带耦合器是一种常用的无线通信系统中的重要被动器件，通过电磁场的耦合实现能量传输。

它具有紧凑、方便连接和灵活性等优点，在微波集成电路和天线系统中得到广泛应用。

ZZU-IE微波工程论文微带线原理及特性zd学号：***********微带线原理及特性摘要：微带电路现在应用十分广泛，本文介绍了微带线的原理及基本特点。

详细说明了其特性阻抗和相速。

并对耦合微带线的场结构与等效边界条件，微带线的损耗和色散特性做了分析.关键词：微带线，奇偶模激励,色散特性一、什么是微带线所谓微带线，就是适合制作微波集成电路的平面结构传输线。

微带线是一种带状导线,与地平面之间用一种电介质隔离开，其另一面直接接触空气，只有一个地平面作为参考层面。

微带线的几何结构和电场力线图如图1所示，它包括导体板、介质基片和导体带三部分.介质基片必须损耗小、光洁度高，以降低衰减。

微带线的几何结构并不复杂,但是它的电场磁场却相当复杂,在微带线上传输的并不是严格的TEM波,而是准TEM波。

由于介质基片的存在，场的能量主要集中在基片区域,其场分布与TEM波非常接近，故称为准TEM波。

图错误!未定义书签。

微带线的几何结构和电场力线图微带线于l952年提出，现在已是人们最熟悉和在射频电路中应用最普遍的传输线.微带线具有价廉、体积小、存在临界匹配和临界截止频率,容易与有源器件集成.生产中重复性好，以及与单片射频集成电路兼容性好等优点。

与金属波导相比，其体积小、重量轻、使用频带宽、可靠性高和制造成本低等;但损耗稍大，功率容量小。

60年代前期，由于微波低损耗介质材料和微波半导体器件的发展，形成了微波集成电路，使微带线得到广泛应用，相继出现了各种类型的微带线。

一般用薄膜工艺制造。

介质基片选用介电常数高、微波损耗低的材料。

导体应具有导电率高、稳定性好、与基片的粘附性强等特点。

二、微带线特点1、微带的第一个特点是非机械加工，它采用金属薄膜工艺，而不是像带状线要做机加工。

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微带工艺2、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。

3、结构上微带属于不均匀结构。

为了处理方便经常提出有效介电常数(它是全空间填充的)，注意是相对的.图 1 微带的有效介电常数定义εre（Ⅰ）和（Ⅱ）的λp 相同，λp =λ0√εre⁄ （2—1) （Ⅰ）和（Ⅱ）的Z 0相同,Z 0=Z 01√εre⁄ （2-2） 其中，Z 0是介质微带线的特性阻抗；Z 01是空气微带线的特性阻抗。