微波集成电路基础 .pptx

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1、21 微波集成传输线传输线的作用是传输能量。并且是构成微波无源器件基本元素。微波集成电路中使用的传输线多数都是平面结构传输线，例如：微带线、槽线、带状线和共面波导等。“平面”传输线方便与固态芯片器件连接。新型平面结构传输线，如：基片集成波导（SIW）也用于制作微波集成电路。第1页/共60页2211 概 述Microstrip 微带微带Slot-line 槽线槽线Suspended 悬置微带线悬置微带线 Coplanar Waveguide(CPW)共面波导共面波导第2页/共60页传输线的几个重要参数传输线的模式；工作模式；高次模传输线的特性阻抗；传输线的传播常数（衰减常数，相位常数)；3第3页

2、/共60页微带线第4页/共60页第5页/共60页6 微带线工作模式准准TEM TEM 模模。微带线中存在的是TE-TM混合波场，其纵向场分量主要是由介质-空气分界面处的边缘场Ex和Hx引起的，它们与导体带和接地板之间的横向分量场相比很小，所以微带线中传输模的特性与TEM模相差很小第6页/共60页7无色散微带的分析微带线的分析：给定微带宽高比W/H和基片的相对介电常数r，计算特性阻抗Z0;首先求出均匀媒质微带线阻抗（即抽去微带线的基片介质，全部空气填充）：第7页/共60页8有效介电常数实际上是把中心导带上下的介质全部等效为均匀介质，而使得微带线的电容保持不变。它的范围为：当基片相对介电常数为r，

3、有效介电常数为：第8页/共60页9上式中：无色散情况下，微带线的特性阻抗为 第9页/共60页10微带线的综合：给定所需的特性阻抗Z0，和基片的相对介电常数，计算微带的宽高比W/H。，即宽微带情况时 第10页/共60页11 ，即窄微带情况时 第11页/共60页利用软件计算12第12页/共60页微带线的工作频率范围准TEM波和最低表面波寄生模之间产生强耦合时的频率：其中，的单位是GHz，的单位是mm。13第13页/共60页悬置微带线悬置微带线的损耗比微带线小。常用于滤波器设计。第14页/共60页悬置微带的几何结构第15页/共60页悬置微带的特性阻抗第16页/共60页带状线介质分布耦合带线的奇/偶模

4、传播常数相同。常用于制作宽带耦合线定向耦合器。第17页/共60页带状线的特性阻抗第18页/共60页槽 线槽线的传播模式不是TEM波，是横电波(TE)。第19页/共60页共面波导第20页/共60页鳍线基片结构第21页/共60页双面鳍线第22页/共60页传输线特性比较第23页/共60页212介质基片与导体材料基片是电磁场传输的媒质，又是电路支撑体。对基片的要求是微波损耗小、表面光滑、硬度强、韧性好、价格低。在微波混合集成电路中最常用的介质基片是聚四氟乙烯纤维环氧树脂板、氧化铝陶瓷板和石英基片。聚四氟乙烯纤维环氧树脂板价格便宜，双面用热压法覆以铜膜，可以直接光刻腐蚀电路，加工简便，广泛用于微波集成电

5、路。氧化铝陶瓷板的介质损耗小，表面光洁，适用于较高频段，而且介电常数高，制作的MIC小巧精致。但是氧化铝陶瓷板需真空镀膜，加工复杂，成本高。第24页/共60页对微带线金属膜材料的基本要求是：电导率高、稳定不氧化、刻蚀性好、容易焊接、容易淀积或电镀，对基板附着力强。对于MIC来说，最常用的金属材料是铜与金。这两种材料对介质基板附着力差，聚四氟乙烯纤维板是把铜膜用热压法粘附。陶瓷基板，则需要先蒸发一层附着力强的铬，其厚度要远小于趋肤深度，应该在1 OOA左右，然后蒸发金，再镀铜和镀金加厚至5倍趋肤深度以上。这样的组合结构中，导电层是铜和金。典型的导体组合有：铬金、钛一金、钽一金。对于MMIC砷化镓

6、基片，常用铬一金、钛铂一金、钛一钯一金。第25页/共60页262.3 微带电路的不均匀性第26页/共60页27第27页/共60页微带元件微带线段第28页/共60页高阻抗线等效电路低阻抗线等效电路高/低阻抗线等效电路第29页/共60页开路短截线当分支线长度酿op90。，即机械长度小于4时，则等效为容抗。第30页/共60页短路短截线当分支线长度酿sh90。，即机械长度小于4时，则等效为感抗。第31页/共60页微带开路终端可等效为把理想开路端向外延伸一小段l微带线不连续性元件微带开路终端第32页/共60页截角直角弯头 直角弯头截角后反射更小，相对于不截角的直角弯头，更为实用。对于50微带线，图中的a

7、的数值一般认为取1.8W比较合适。第33页/共60页如果l计算出来为负数，表示微带线等效长度的缩短量。其中第34页/共60页两段不同阻抗的传输线级联，在微带电路中的连接处即为一阶梯跳变 阶梯跳变第35页/共60页两段不同阻抗的传输线级联，在微带电路中的连接处即为一阶梯跳变(r10,1.5W2/W110)(r=9.6,3.5W2/W110)第36页/共60页T型结在微带电路中也是一种常用结构 T型结第37页/共60页等效电路各元件的计算公式 第38页/共60页 其中We为微带线的等效宽度，为波导波长，f为频率(GHz)，H为基片厚度(mm)，Z1、Z2微带线阻抗，变量上方加一横线表示微带线 a和

8、b的参量即几何平均值，例如第39页/共60页仿真软件中的微带基本电路第40页/共60页2.4 阻抗变换器第41页/共60页第42页/共60页第43页/共60页第44页/共60页L型匹配网络第45页/共60页功率分配器(简称功分器)和耦合器可以完成功率分配或功率组合。在功率分配器中，一个输入信号被分成两个或多个较小的功率信号。耦合器可以是有耗或无耗三端口器件，或者是四端口器件。三端口网络采用T型结和其他功分形式，而四端口网络采用定向耦合和混合网络形式。功分器通常采用等分(3dB)形式，但也有不等分的情况。定向耦合器则可以设计为任意功率分配比，但混合网络一般是等功率分配。混合结在输出端口之间有90

9、。(正交)或l 80。相移。随着微波集成电路的快速发展，以平面传输线应用为基础的新型功分器和耦合器的开发也得到了迅速的发展。本节将主要介绍以微带电路为主的Wilkinson功分器、直接耦合式定向耦合器、分支线耦合器(也称为分支电桥)、Lange耦合器和混合环耦合器(也称为环形电桥)。25 功率分配器和耦合器第46页/共60页251 Wilkinson功率分配器在微波集成电路中，Wilknson功率分配器是最常用的功分器。Wil心nson功分器的每个输出端口具有宽频带和等相位的特性。Wilknson功分器可以制成任意功率分配比，但常用还是等分(3dB)的情况，下面我们将分别讨论。47第47页/共60页等分Wilkinson功分器48工作带寛大约工作带寛大约1个倍频程。个倍频程。第48页/共60页不等分Wilkinson功分器49第49页/共60页N路Wilkinson功分器50第50页/共60页耦合器51第51页/共60页带状线定向耦合器52第52页/共60页分支线定向耦合器53第53页/共60页阻抗变换分支线定向耦合器54第54页/共60页Lange耦合器55第55页/共60页Lange耦合器56第56页/共60页混合环耦合器57第57页/共60页宽带3dB混合环耦合器58第58页/共60页宽带3dB混合环耦合器59第59页/共60页感谢您的观看！第60页/共60页