同軸線和微帶線1

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1、同軸線同軸線是由兩根同軸的園柱導(dǎo)體構(gòu)成的導(dǎo)行系統(tǒng)，內(nèi)導(dǎo)體的外半徑為b(d=2b)、外導(dǎo)體的內(nèi)半徑為a(D=2a)，兩導(dǎo)體間填充空氣(硬同軸線)或相對(duì)介電常數(shù)為er的高頻介質(zhì)(軟同軸線，即同軸電纜)。同軸線是一種雙導(dǎo)體導(dǎo)行系統(tǒng)，可傳輸TEM波,以TEM波為工作模廣泛用作寬頻帶饋線與設(shè)計(jì)寬帶元件。但當(dāng)其橫向尺寸可與工作波長(zhǎng)相比擬時(shí)，同軸線中也會(huì)出現(xiàn)TE、TM模,這是實(shí)用中所不希望的。一、同軸線的TEM模TEM模是同軸線的主模，是無色散波，其傳輸特性在長(zhǎng)線理論中已從電路的角度討論過。下面，將從場(chǎng)的角度討論之。1.場(chǎng)分布TEM波，Ez=Hz=0，fc=0，分布函數(shù)應(yīng)滿足與二維靜態(tài)場(chǎng)一致，只要用解相

2、應(yīng)二維靜態(tài)場(chǎng)的方法求出當(dāng)內(nèi)、外導(dǎo)體間充滿介質(zhì)(mr、er)時(shí)設(shè)有一恒定電流I流過內(nèi)導(dǎo)體(同軸線無限長(zhǎng))，則根據(jù)安培定律，有1)用靜態(tài)場(chǎng)求分布函數(shù)代入(3-115)得TEM?波的行波解為2)TEM?模的場(chǎng)分布如圖所示2.特性阻抗對(duì)TEM波（無色散波），沿z向的單一行波電流為導(dǎo)體表面的縱向電流線密度的積分電壓是內(nèi)、外導(dǎo)體間電場(chǎng)的線積分特性阻抗3.傳輸功率P與功率容量Pmax設(shè)擊穿電壓強(qiáng)度為Ebr，擊穿將首先在電場(chǎng)最強(qiáng)的內(nèi)導(dǎo)體表面(r=b)處發(fā)生,則4.衰減常數(shù)ac為導(dǎo)體損耗的衰減常數(shù)，對(duì)于空氣介質(zhì)的同軸線(硬同軸線)中，TEM波的a?ac。為求a，需先算出長(zhǎng)度為L(zhǎng)的一段同軸線的衰減功率PL。

3、同軸線內(nèi)、外導(dǎo)體表面的切向(j向)的磁場(chǎng)分別為則將上式及式（3-122）代入（3-83）ad為介質(zhì)損耗的衰減常數(shù)，對(duì)于軟同軸線，其中填以高頻介質(zhì)，應(yīng)考慮ad。二、同軸線的高次?？蓪⑼S線視為同軸波導(dǎo)，取園柱坐標(biāo)r,j,z；電磁波在b

4、4時(shí)?要保證TEM單模傳輸，則即工作波長(zhǎng)應(yīng)大于同軸線內(nèi)、外導(dǎo)體的平均周長(zhǎng)。隨著l的縮短(f上升)，應(yīng)減小同軸線的尺寸，而過小的尺寸又導(dǎo)致?lián)p耗增大、傳輸效率降低。故同軸線不宜用于微波的高頻端作功率傳輸。三.同軸線尺寸的選擇應(yīng)考慮三個(gè)因素：1.保證TEM單模傳輸?1.1是為了有效地抑制高次模而引入的安全系數(shù)。最高可利用頻率：由???2.通過功率最大令D/d=x,(3-123)式中，由可見，獲得最大功率容量和獲得最小衰減系數(shù)的條件不同，具體使用時(shí)，要根據(jù)實(shí)際需要確定以哪一個(gè)為主。如遠(yuǎn)距離傳輸希望a越小越好，而大功率傳輸則要注意同軸線的功率容量。對(duì)于空氣介質(zhì)的同軸線，習(xí)慣上采用特性阻抗為75W和5

5、0W兩種；75W接近a最小的要求；50W則兼顧通過功率大和a小這兩個(gè)要求的折中考慮，此時(shí)取D/d=2.3,a比amin約大10%,功率容量比最大值約小15%。3.衰減系數(shù)最小令D/d=x,(3-124)式中，由微帶線微帶線由介質(zhì)基片上的導(dǎo)帶和基片下的接地板構(gòu)成，整個(gè)微帶線用薄膜工藝制作而成，其中基片采用介電常數(shù)高、高頻損耗小的陶瓷、石英或藍(lán)寶石等介質(zhì)材料，導(dǎo)帶材料為良導(dǎo)體。微帶線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、加工方便，又便于與微波固體器件接成一體,容易微帶線wht實(shí)現(xiàn)微波電路的小型化和集成化，在微波集成電路中微帶線屬于半敞開式、部分填充介質(zhì)的雙導(dǎo)線傳輸線，可看作是由平行雙線演變而來的，如圖所示

6、。在平平行雙線演變成微帶線體軋成薄導(dǎo)帶，且在導(dǎo)帶與導(dǎo)電平板之間填充介質(zhì)，即成標(biāo)準(zhǔn)的微帶線。獲得了廣泛的應(yīng)用。行雙線對(duì)稱面上放一無限薄的導(dǎo)電平板，由于電力線垂直于導(dǎo)電平板，因此并不影響原來的場(chǎng)分布；去掉下面的一個(gè)導(dǎo)體，導(dǎo)電平板上的場(chǎng)分布也不變；再將圓柱導(dǎo)1)微帶線傳輸?shù)闹髂ＮЬ€是雙導(dǎo)體系統(tǒng)，如果沒有介質(zhì)基片，由于導(dǎo)體周圍是均勻的空氣，可以存在無色散的TEM模。然而，實(shí)際的微帶線是制作在介質(zhì)基片上的，由于增加了介質(zhì)與空氣的界面，使問題復(fù)雜化。用電磁場(chǎng)理論可證明，在兩種不同介質(zhì)的傳輸系統(tǒng)中，不可能存在單純的TEM模,而只能存在TE模和TM模的混合模。但在微波波段的低頻端，由于場(chǎng)的色散現(xiàn)象很弱，

7、場(chǎng)的縱向分量很小可忽略，傳輸模式類似于TEM模，故稱為準(zhǔn)TEM模。2)微帶線的特性參量實(shí)用微帶線一般工作在低頻弱色散區(qū)，其工作模式準(zhǔn)TEM模與無色散的TEM模非常接近，作為一級(jí)近似，可當(dāng)作TEM模來分析，這種分析方法稱為“準(zhǔn)靜態(tài)分析法”。對(duì)TEM模，根據(jù)長(zhǎng)線理論對(duì)于如圖(a)的空氣微帶線，傳輸TEM模的vp=v0=c(光速)，設(shè)它的單位長(zhǎng)度分布電容為C01，則其特性阻抗為當(dāng)微帶線周圍全部用介質(zhì)(er)填充(如圖(b))時(shí)