微带传输线

微带天线的工作原理
微带天线的工作原理是基于一种被称为微带传输线的技术。

微带传输线是一块细长的金属带（称为微带）通过一块绝缘基板与地面之间连接。

当电流在微带上流动时，产生的电磁场会引发辐射，这种辐射效应使得微带传输线可以作为天线使用。

微带天线的主要原理包括以下几个方面：
1. 辐射模式：微带天线的辐射模式取决于微带的几何形状和尺寸。

通过调整微带的长度、宽度和形状，可以实现不同的辐射模式，例如方向性的、全向的或者扇形的辐射。

2. 地平面：微带天线的底部通常需要一个地平面（通常是金属板），以提供一个反射面来增强天线的辐射效果。

地平面的大小和形状对天线的性能有很大影响。

3. 驻波效应：微带天线在工作频率附近会形成驻波，即在天线上引起电流分布不均匀的现象。

通过调整微带的尺寸和结构，可以控制驻波的频率和幅度。

4. 互耦效应：在一些特殊的微带天线结构中，微带之间存在一定的电磁耦合效应。

这种互耦效应可以实现一些特殊的功能，例如宽带天线、多频段天线或者极化转换器。

总之，微带天线的工作原理是利用微带传输线的结构和辐射效
应来实现无线电频段的信号接收和辐射。

通过调整微带尺寸、形状和结构，可以实现不同的辐射模式和性能。

微带线一般的传输线由两个或两个以上的导体组成，用来传输横电磁波（TEM波），常见的传输线有双线、同轴线、带状线和微带线等。

其中，微带线是最普遍使用的平面传输线之一，微带线可以用光刻工艺制作，并且易于与其他无源和有源器件集成，因此被广泛应用于印刷电路板中。

在精密电路设计中，人们往往容易忽略印刷电路板本身的电特性设计，而这对整个电路的功能可能是有害的。

如果电特性设计得当，它将具有减少干扰和提高抗干扰性的优点。

在高速电路中，应该把印制迹线作为传输线处理。

常用的印制电路板传输线是微带线和带状线。

微带线是一种用电介质将导线与接地面隔开的传输线，印制迹线的厚度、宽度和迹线与接地面间介质的厚度，以及电介质的介电常数，决定微带线特性阻抗的大小。

微带线的几何形状如图（a）所示，导带的宽度w 是印在薄的、接地的介质基片上，基片的厚度为d，相对介电常数，电磁场示意图如图（b）所示。

实际上，微带线的准确场是一个混合TE-TM波，需要更加先进的分析技术，但在大部分的实际应用中，介质基片电气上很薄（d <<），所以场是准TEM波。

换句话说，场本质上与静电场是相同的。

因此，通过静态或准静态解，可得到相近的相速、传播速度和特性阻抗。

1. 微带线是一根带状导(信号线)．与地平面之间用一种电介质隔离开。

如果线的厚度、宽度以及与地平面之间的距离是可控制的，则它的特性阻抗也是可以控制的。

2. 带状线是一条置于两层导电平面之间的电介质中间的铜带线。

如果线的厚度和宽度、介质的介电常数以及两层导电平面间的距离是可控的，那么线的特性阻抗也是可控的.单位长度微带线的传输延迟时间，仅仅取决于介电常数而与线的宽度或间隔无关3. PCB的特性阻抗Z0与PCB设计中布局和走线方式密切相关。

影响PCB走线特性阻抗的因素主要有：铜线的宽度和厚度、介质的介电常数和厚度、焊盘的厚度、地线的路径、周边的走线等。

4. 当印制线上传输的信号速度超过100MHz时，必须将印制线看成是带有寄生电容和电感的传输线，而且在高频下会有趋肤效诮和电介质损耗，这些都会影响传输线的特征阻抗。

微带天线传输线模型等效电路微带天线是一种常用于无线通信系统中的天线设计，其结构简单、易于制作和安装。

为了更好地理解微带天线的工作原理和性能，我们可以使用等效电路模型来描述和分析微带天线的传输线特性。

在微带天线的等效电路模型中，通常包含以下几个主要元素：1. 传输线部分：微带天线的传输线主要由一根导体和一片介质组成。

传输线的宽度和长度决定了天线的频率响应和辐射特性。

通过调整传输线的尺寸，可以实现对天线的谐振频率和辐射方向的控制。

2. 辐射元件：微带天线的传输线的末端通常会连接一个辐射元件，用于将电磁能量转化为电磁辐射。

常见的辐射元件包括微带贴片、微带环形和微带缝隙等。

这些辐射元件的选择和设计将直接影响天线的辐射效率和方向性。

3. 匹配网络：为了实现微带天线的最佳性能，通常需要在传输线和辐射元件之间添加匹配网络。

匹配网络的作用是调整天线的输入阻抗，以便与无线电设备的输出阻抗匹配，从而实现最大功率传输。

在微带天线的等效电路模型中，我们可以通过参数化建模的方法来表示上述元素的特性。

例如，可以使用电感和电容来表示传输线的电感和电容，使用电阻来表示辐射元件的电阻损耗，使用变压器来表示匹配网络的阻抗变换等。

通过建立微带天线的等效电路模型，我们可以使用电路仿真工具进行分析和优化。

例如，可以通过改变传输线宽度、长度和辐射元件的尺寸来调整天线的工作频率和辐射特性。

还可以利用仿真工具来优化匹配网络的设计，以实现最佳的功率传输效果。

总之，微带天线的等效电路模型为我们理解和设计微带天线提供了一个有力的工具。

通过建立和分析该模型，我们可以更好地理解微带天线的工作原理，优化其性能，并满足不同无线通信系统对天线的需求。

微带传输线微带电容微带电感设计微带传输线是一种常见的高频电路元件，常用于微波和射频电路中。

在设计微带传输线时，需要考虑微带电容和微带电感对电路性能的影响。

在本文中，将介绍微带传输线、微带电容和微带电感的基本原理，并讨论如何设计微带传输线的电容和电感。

1.微带传输线的基本原理微带传输线是一种平面传输线，在板上制成，由导体铜箔和绝缘基板组成。

它通常由一层导体（称为信号层）和一层绝缘层（称为介质层）构成。

微带传输线的信号层上的导体用来传输电信号，绝缘层用来隔离导体和其他层。

微带传输线通常用来传输高频信号，因此需要考虑其高频特性，如阻抗匹配、耦合和传输损耗等。

2.微带电容的设计一种常用的微带电容设计方法是通过改变绝缘层的介电常数来调节。

介电常数较大的材料可以减小微带电容，增大信号速度和带宽。

常用的介电材料包括FR4和PTFE等。

使用FR4材料时，微带电容约为0.009pF/mm²，使用PTFE材料时，微带电容约为0.0009 pF/mm²。

另一种方法是通过改变微带的宽度来调节微带电容。

微带的宽度与微带电容成反比，宽度越小，电容越大。

设计时可以根据需求调整微带的宽度。

3.微带电感的设计微带电感可以通过改变导体的长度和宽度来调节。

导体的长度越大，电感越大。

通常，微带传输线的长度为电磁波波长的1/4或者1/2、导体的宽度越大，电感越小。

设计时可以根据需求调整导体的长度和宽度，以达到所需的电感值。

4.微带传输线微带电容和微带电感的综合设计微带传输线的微带电容和微带电感是相互独立的，但在实际设计中需要综合考虑它们的影响。

例如，当微带电容增大时，信号速度和带宽增大，但串扰也可能增加。

因此，在设计微带传输线时，需要根据具体应用要求，综合考虑微带电容和微带电感的影响。

在微带传输线的设计中，使用计算机辅助设计（CAD）工具可以帮助自动计算微带电容和微带电感的值，并快速优化设计参数，以满足特定的电路性能要求。

实验二微带传输线实验一实验目的1.了解微带传输线的基本理论和特性。

2.掌握用网络分析仪测量微带传输线接不同负载时工作参量的值。

3.通过测量认知1/4波长传输线阻抗变换特性。

二实验原理1.微带传输线的基本原理微带线目前是混合微波集成电路和单片微波集成电路使用最多的一种平面型传输线。

它可用作光刻程序制作，且容易与其它无源微波电路和有源微波电路器件集成，实现微波部件和系统的集成化。

微带线可以看作是由双导线传输线演变而成的，如图2—1所示。

在两根导线之间插入极薄的理想导体平板，它并不影响原来的场分布，而去掉板下的一根导线，并将留下的另一根导线“压扁”，即构成了微带传输线。

实际的微带线结构如图2-1所示。

导体带（其宽度为的厚度为力和接地板均由导电良好的金属材料（如银，铜，金）构成，导体带与接地板之间填充以介质基片，导体带与接地板的间距为h o有时为了能使导体带，接地板与介质基片牢固地结合在一起，还要使用一些黏附性较好的铭，铝等材料。

介质基片应采用损耗小，黏附性,均匀性和热传导性较好的材料，并要求其介电常数随频率和温度的变化也较小。

图2—1双导线演变成微带线图2—2微带线的结构及其场分布2.微带线的技术参数2.1特性阻抗若微带线是被一种相对介电常数为名的均匀介质所完全包围着，并把准TEM模当作纯TEM模看待，并设£和C分别为微带线单位长度上的电感和电容，则特性阻抗为相速以为_1_Vovp"√Zc-X但实际上的微带线是含有介质和空气的混合介质系统，因此不能直接套用上面的公式求特性阻抗。

为了求出实际的微带线的特性阻抗Zc和相速度），而引入了等效相对介电常数的概念。

如果微带线的结构现状和尺寸不变，当它被单一的空气介质所包围着时，其分布电容为C。

实际微带线是由空气和相对介电常数为益的介质所填充，它的电容为G,那么，等效相对介电常数册的定义为这样，实际微带线的特性阻抗即可表示为Z ：为在同样形状和结构尺寸的情况下，填充介质全部是空气时微带线的特性阻抗我们假定已成形的导体的厚度t 与基片厚度h 相比可以忽略h(t/h<0.005)0这种情况下，我们能够利用只与线路尺寸(w 和h)和介电常数名有关的经验公式。

射频/微波传输线微波传输线是用来传输微波信号和微波能量的传输线。

微波传输线种类很多,按其传输电磁波的性质可分为三类:TEM模传输线(包括准TEM模传输线),如图3―1―1(1)所示的平行双线、同轴线、带状线及微带线等双导线传输线;TE模和TM模传输线,如图3―1―1(2)所示的矩形波导,圆波导、椭圆波导、脊波导等金属波导传输线;表面波传输线,其传输模式一般为混合模,如图3―1―1(3)所示的介质波导,介质镜像线等。

在射频/微波的低频段,可以用平行双线来传输微波能量和信号;而当频率提高到其波长和两根导线间的距离可以相比时,电磁能量会通过导线向空间辐射出去,损耗随之增加,频率愈高,损耗愈大,因此在微波的高频段,平行双线不能用来作为传输线。

为了避免辐射损耗,可以将传输线做成封闭形式,像同轴线那样电磁能量被限制在内外导体之间,从而消除了辐射损耗。

因此,同轴线传输线所传输的电磁波频率范围可以提高,是目前常用的微波传输线。

但随频率的继续提高,同轴线的横截面尺寸必须相应减小,才能保证它只传输TEM模,这样会导致同轴线的导体损耗增加,尤其内导体引起损耗更大,传输功率容量降低。

因此同轴线又不能传输更高频率的电磁波,一般只适用于厘米波段。

一微带传输线结构微带传输线应用于低电平射频微波技术中。

它的优点是制造费用省，尺寸特别小，重量特别轻，工作频带宽，以及具有与固体器件的良好配合性；其主要缺点是损耗较大，不能在高电平的情况下使用。

由于微带线结构简单,便于器件的安装和电路调试,产品化程度高,使得微带线已成为射频/微波电路中首选的电路结构。

微带线的结构如图3―3―1所示。

它是由介质基片的一边为中心导带,另一边为接地板所构成,其基片厚度为h,中心导带的宽度为w。

其制作工艺是先将基片(最常用的是氧化铝)研磨、抛光和清洗,然后放在真空镀膜机中形成一层铬-金层,再利用光刻技术制成所需要的电路,最后采用电镀的办法加厚金属层的厚度,并装接上所需要的有源器件和其它元件,形成微带电路。