第三章 微帶線不連續(xù)性ppt課件

,第三章微波無(wú)源集成電路,目錄,3.1概述3.2微帶集成電路中的不連續(xù)性3.3耦合微帶線定向耦合器3.4微帶線三端口功率分配器3.5微帶分支線定向耦合器和微帶環(huán)形電橋3.6微波集成濾波器,微波集成電路發(fā)展小型化、低電壓、高可靠性，低成本,3.1概述,二次世界大戰(zhàn)期間，主要采用波導(dǎo)立體電路；1950s,平面?zhèn)鬏斁€概念被提出；1960s,帶狀線、微帶線問(wèn)題解決，微波集成電路（MIC）開(kāi)始發(fā)展;1970s,氧化鋁基片和薄膜工藝發(fā)展，使得MIC進(jìn)入高速發(fā)展期；1980s,MIC基本成熟。,微波混合集成電路定義：,3.1概述,微帶電路已成為微波混合集成電路的主要形式,微帶傳輸線半開(kāi)放結(jié)構(gòu)便于集成固態(tài)器件和調(diào)試微帶線良好傳輸特性(1)工作頻率最低上限頻率，可實(shí)現(xiàn)單模傳輸(2)弱色散特性(3)準(zhǔn)確地設(shè)計(jì)分析方法(4)精確的加工工藝低成本，批量化,在氧化鋁陶瓷、藍(lán)寶石、鐵氧體以及復(fù)合介質(zhì)等絕緣介質(zhì)襯底上，采用薄膜或厚膜技術(shù)制作出微波集成傳輸線和分布參數(shù)電路，并與帶封裝的或裸芯片固態(tài)器件、片式元件（電阻、電容或電感）組合在一起，構(gòu)成具有完整電路或系統(tǒng)功能的集成電路,直流、低頻電路由R、L、C等集總元件構(gòu)成，由集總參數(shù)方法分析和設(shè)計(jì),3.2微帶集成路中的不連續(xù)性,微波電路及不連續(xù)性,微波電路由分布參數(shù)方法分析和設(shè)計(jì),電路不能明確區(qū)分出R、L、C；電路嚴(yán)格地分析實(shí)際上是求解電磁場(chǎng)邊值問(wèn)題；需考慮傳輸線傳播特性：（1）傳播模式；（2）阻抗；（3）相移,電路中可明確區(qū)分出R、L、C；電路為由R、L、C元件構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)；不用過(guò)多考慮傳輸線導(dǎo)線形狀尺寸和信號(hào)通過(guò)的損耗和相移；相對(duì)于工作波長(zhǎng)，電路尺寸小，信號(hào)通過(guò)附加路勁相移可忽略,傳輸線的材料、結(jié)構(gòu)、尺寸,3.2.1概述,3.2.1概述,微波電路由分布參數(shù)方法分析和設(shè)計(jì),微波電路可等效為分布參數(shù)電路網(wǎng)絡(luò),由微波傳輸線段構(gòu)成的、體現(xiàn)“電抗集中效應(yīng)”的微波電路網(wǎng)絡(luò)通常被稱(chēng)作微波電路的“不連續(xù)性”,分布參數(shù)元件L、C由不同傳輸線段實(shí)現(xiàn)微波頻率高，電路所需L、元件值小不同傳輸線段具有不同的“電抗集中效應(yīng)”（電場(chǎng)、磁場(chǎng)集中），可實(shí)現(xiàn)L、C功能(不是簡(jiǎn)單、獨(dú)立的L、C),“不連續(xù)性”概念和傳輸線行波傳輸狀態(tài)相對(duì)；不連續(xù)性區(qū)域?qū)a(chǎn)生反射；不連續(xù)性區(qū)域?qū)l(fā)生能量的存儲(chǔ)；不連續(xù)性區(qū)域?qū)a(chǎn)生相移,確定不連續(xù)性性質(zhì),3.2.1概述,微波電路實(shí)際上是由多個(gè)不連續(xù)性構(gòu)成而實(shí)現(xiàn)特定功能的電路；,嚴(yán)格的場(chǎng)方法(數(shù)值方法)分布參數(shù)等效電路法(TEM波傳輸線),微波“不連續(xù)性”的分析方法：,3.2.1概述,微帶不連續(xù)性是構(gòu)成微帶電路的基本單元,微帶不連續(xù)性是實(shí)現(xiàn)微帶線路功能的基本單元，微帶電路實(shí)際上是由多個(gè)不連續(xù)性級(jí)聯(lián)構(gòu)成的,（1）不連續(xù)性的性質(zhì)可由分布參數(shù)等效電路方法確定（2）分布參數(shù)元件值由準(zhǔn)靜態(tài)分析方法確定（3）現(xiàn)代數(shù)值計(jì)算方法可準(zhǔn)確確定不連續(xù)性特性,微帶電路不連續(xù)性采用“場(chǎng)”、“路”結(jié)合的方法分析,微帶開(kāi)路端/端節(jié)線；微帶線的階梯跳變；微帶間隙；微帶線的拐角；微帶線T接頭；微帶線十字接頭;,3.2.1概述,微帶集成電路中不連續(xù)性種類(lèi),3.2.2微帶線的開(kāi)路端/截?cái)喽?/4開(kāi)路線;微帶到波導(dǎo)探針過(guò)渡;微帶線匹配枝節(jié);,微帶線開(kāi)路端/截?cái)喽说膽?yīng)用,3.2.2微帶線的開(kāi)路端/截?cái)喽?微帶開(kāi)路端實(shí)際等效為RLC終端,微帶線開(kāi)路端/截?cái)喽说牡刃щ娐?開(kāi)路端末將出現(xiàn)過(guò)剩電荷，過(guò)剩電流，輻射能量；過(guò)剩電荷是主要的,通常，微帶開(kāi)路端可由一個(gè)可等效電容或一段理想開(kāi)路線,3.2.2微帶線的開(kāi)路端/截?cái)喽?微帶線開(kāi)路端/截?cái)喽说牡刃щ娐?測(cè)量法確定微帶開(kāi)路端等效理想開(kāi)路線長(zhǎng)度,測(cè)量出一段長(zhǎng)為l、兩端開(kāi)路微帶線諧振頻率和諧振波長(zhǎng),（半波長(zhǎng)諧振器）,所測(cè)得的諧振波長(zhǎng)g和微帶TEM波波長(zhǎng)gTEM不同,兩者關(guān)系可表示為：,是介于0.7-1.07之間的常數(shù)，h是基片厚度,3.2.3微帶間隙,微帶間隙及其等效電路,特性：,-型電容網(wǎng)絡(luò),由于兩條微帶截?cái)喽讼嗷ビ绊?，C1COC；間距s越大，C12越小，C1就越接近COC；間距s越小，C12越大，C1就越??；s:0，C1：0COC，C12：0,3.2.3微帶間隙,奇偶模法分析微帶間隙,偶模激勵(lì)：,奇模激勵(lì)：,階梯阻抗變換；高低阻抗低通濾波器;,微帶線階梯階梯跳變應(yīng)用,3.2.4微帶線的階梯跳變,3.2.4微帶線的階梯跳變,微帶階梯跳變處，電能減少，磁能增加；階梯跳變呈感性，可由電感等效,微帶線階梯跳變等效電路,兩條不同導(dǎo)帶寬度微帶線的連接處，較寬微帶線局部被截?cái)?在連接處寬條帶電流線連續(xù)地向窄條帶聚集，寬條帶截?cái)鄥^(qū)面電流密度變小，面電荷密度減小，低特性阻抗線的電流密度變小。,微帶階梯跳變處，電界面和幾何界面不一致。電界面向?qū)挆l帶偏移,3.2.4微帶線的階梯跳變,波導(dǎo)模擬法定性分析微帶線階梯跳變,等效,（1）將微帶線用平板波導(dǎo)等效,特性阻抗相同:Zc相位常數(shù)相同:基片厚度等于板間距:h,對(duì)偶,（2）應(yīng)用對(duì)偶定理，將平板波導(dǎo)變換為對(duì)偶波導(dǎo)；,(3)再由波導(dǎo)等效電路對(duì)偶變換為平板波導(dǎo)等效電路微帶等效電路,3.2.4微帶線的階梯跳變,波導(dǎo)模擬法定性分析微帶線階梯跳變,等效,等效,對(duì)偶,對(duì)偶,3.2.5微帶線拐角,微帶線拐角,拐角區(qū)域等效為并聯(lián)電容;路勁加長(zhǎng)等效為兩段傳輸線或電感;也可用對(duì)偶波導(dǎo)模擬法分析：,微帶拐角,3.2.5微帶線拐角,微帶線修正拐角,采用切角處理，減小拐角并聯(lián)電容效應(yīng)：把拐角的外部切成45斜角，利用兩次反射的相互抵銷(xiāo)達(dá)到匹配。斜角邊長(zhǎng)是使兩次反射抵消的關(guān)鍵。對(duì)于50微帶線，實(shí)驗(yàn)表明，45斜角邊長(zhǎng)為1.6倍導(dǎo)帶寬度時(shí)，從L波段到X波段都能得到良好匹配。(帶狀線結(jié)果),3.2.6微帶線T分支,微帶線T分支應(yīng)用廣泛：,微帶分支線電橋；微帶功率分配器；并聯(lián)分支匹配電路；直流偏置網(wǎng)絡(luò),3.2.6微帶線T分支,微帶線T分支等效電路,等效為并聯(lián)電容,可采用對(duì)偶波導(dǎo)模擬法分析,3.2.6微帶線T分支,對(duì)偶波導(dǎo)模擬法分析微帶線T分支,對(duì)偶,對(duì)偶,3.2.7微帶線十字分支,微帶線十字分支,微帶十字分支不連續(xù)性較大，實(shí)際應(yīng)用較少；和T分支類(lèi)似，微帶十字分支可等效為并聯(lián)電容;精確的結(jié)果主要由實(shí)驗(yàn)測(cè)定,3.2.8微帶線實(shí)現(xiàn)集總元件,1.采用微帶結(jié)構(gòu)模擬集總元件：電感和電容,3.2.8微帶線實(shí)現(xiàn)集總元件,1.采用微帶結(jié)構(gòu)模擬集總元件：電感和電容,(3)g/4lg/2高阻抗微帶線可近似等效為一個(gè)電感；,(2)lg/4低阻抗微帶線可近似等效為一個(gè)電容；,(1)短微帶線，高阻時(shí)呈感性；低阻時(shí)呈容性,3.2.8微帶線實(shí)現(xiàn)集總元件,1.采用微帶結(jié)構(gòu)模擬集總元件：電感和電容,(4)g/2lg時(shí)，可用型網(wǎng)絡(luò)等效,2.微帶電容元件,3.2.8微帶線實(shí)現(xiàn)集總元件,電容值較小,電容值較大,電容值最大,（c