,*,*,电子科技大学电子工程学院,毫米波理论与技术,讲义,*,微带线是一种非常好传输线结构，目前最高频率可达,110GHz,。但是在毫米波高端仍旧存在问题：,1.,辐射损耗大,，电路中,寄生模耦合明显增加,，电路,Q,值降低。,2.,强烈的色散效应,以及随之而来的高次模传输的可能性必然导致电路稳定性下降。,3.,把多个电路集成在一起时，为减小电路间的有害耦合必须采用模式隔离或谐振吸收装置。,2.,4,鳍线,1972,年，,P.J.Meier,提出的,鳍线（,Fishline,）,:,一种由介质片支撑具有薄脊的,加脊波导,，或者一种带有金属鳍的,介质平板加载波导,。,微带线是一种非常好传输线结构，目前最高,1,2.,4,鳍线,（,a,）双侧鳍线；（,b,）单侧鳍线；（,c,）对极鳍线；,（,d,）单侧绝缘鳍线；（,e,）双侧绝缘鳍线,鳍线横截面结构示意图,损耗小，最常用,隔离鳍线，偏置,低阻抗电路使用,双面做电路，但损耗较大,2.4鳍线（a）双侧鳍线；（b）单侧鳍线；（c）对极鳍线；,2,鳍线传播模式,鳍线传播的不是准,TEM,模，是,TE,和,TM,模系组成的混合模,。,若以,TE,模为主，习惯叫,HE,模（磁电模），若以,TM,为主，则用,EH,模（电磁膜）表示。,设计得当，可以保证传输的为主模,TE10,模，最高工作频率,140GHz,。,鳍线的组成,鳍线可认为是,准平面结构,，既要制作电路图形，又要考虑金属波导盒影响。,鳍线常用的基片材料有微纤强化覆铜板（,PTFE,），如,RT-duroid 5880,。,基片通常安放在,矩形波导,E,面中心,，用尼龙或者其他金属螺钉固定装配。,为保持金属鳍和金属波导内壁的射频连续性，基片放置处的金属波导宽壁壁厚应等于,g/4,。,2.,4,鳍线,鳍线传播模式2.4鳍线,3,2.,4,鳍线,（,a,）滤波器；谐振器；（,b,）阻抗变换器；耦合器,矩形波导中的过度段,(a),渐变式；（,b,）多阶梯式,2.4鳍线（a）滤波器；谐振器；（b）阻抗变换器；耦合器矩形,4,E面鳍线滤波器,模型图,E面鳍线滤波器的实物照片,2.,4,鳍线,E面鳍线滤波器模型图E面鳍线滤波器的实物照片2.4鳍线,5,鳍线的特点,与微带电路相比,鳍线的,Q,值较高，,传输衰减较小,;,对导体条带的,加工公差要宽松些,（因其导行波长比微带的导行波长要长）,;,色散较弱，在多个电路集成时，,无须模式滤波器和去耦隔离,装置,;,鳍线的屏蔽外壳可直接采用标准矩形波导，可以在整个波导带宽内实现电路，,与矩形波导的兼容性好,;,与矩形波导相比,鳍线的结构和尺寸都,易于集成固态器件,;,单模传输带宽更大，,对金属矩形波导盒内壁公差的要求更为宽松,；,损耗更大,。,2.,4,鳍线,鳍线的特点与微带电路相比2.4鳍线,6,鳍线设计考虑的问题,导行波长和特性阻抗,不连续性,金属鳍的厚度,腔体及装架槽,损耗和,Q,值,2.,4,鳍线,鳍线的分析方法,鳍线的分析方法主要有：横向谐振法（,TRM,），传输线矩阵法（,TLMM,），有限元法（,FEM,），,谱域法（,SDM,），谱域导抗法（,SDIM,）,等数值方法，以及经验公式近似法。,鳍线设计考虑的问题导行波长和特性阻抗2.4鳍线鳍线的分析方法,7,P.J.Meier,的近似公式，将鳍线看成带有介质衬底的加脊波导：,适用条件：低介电常数的薄基片（,d/a0.1,，,e,近似看作一个常数）,导行波长和特性阻抗,同尺寸空气填充加脊波导,f,的特性阻抗,同尺寸空气填充加脊波导的截止波长,有效介电常数,2.,4,鳍线,P.J.Meier的近似公式，将鳍线看成带有介质衬底的加脊,8,对,r,较大的基片，需考虑,e,与,f,的依赖关系,Sharma,和,Hoefer,的频率相关,e,（,MTT 1983,）,：,e,=,c,F(w/b,，,d/a,，,，,r,),其中，,c,为截面上的有效介电常数，并由下式给出,c,=,（,cf,/,cr,）,cf,和,cr,分别为鳍线中的截止波长和等效的空气填充脊波导的截止波长，修正因子,F,由数值计算获得。,(,范围：,1/16w/b1/4,，,1/32d/a1/4,，,r=2.22,和,3,等）,Pramanick,和,Bhartia,的单侧鳍线近似公式,（,1985 MTT,）,具有更宽的适用范围（,1/32w/b1,，,d/a20,，,r3.75,）。,前提：,e,=,c,，因此只适用于低介电常数和薄基片。,频率相关近似公式,2.,4,鳍线,对r较大的基片，需考虑e与f的依赖关系频率相关近似公式2,9,导行波长与特性阻抗（,Ka,频段单鳍线）,2.,4,鳍线,导行波长与特性阻抗（Ka频段单鳍线）2.4鳍线,10,当频率由低向高变化时,，,g,/,下降，即频段高端的导行波长小于低端的导行波长；,Z,c,随频率变化不大。,当介质厚度增加时,，,g,/,和,Z,c,略微下降。,相同频率下，,g,/,和,Z,c,随槽宽的增大而增加,。若槽宽,w=0.05mm,对应毫米波频段的特性阻抗为,100120,。,对于中等槽宽,，,g,/,和,Z,c,随频率变化更剧烈。当,w,接近,b,时退化成介质片加载波导。,2.,4,鳍线,当频率由低向高变化时，g/下降，即频段高端的导,11,介质基片横移的情况,2.,4,鳍线,介质基片横移，,g,/,有一定程度增加（,w=0.1mm:0.92,增大到,0.94,）；,当,w,较大时，,Z,c,随介质基片的横移有明显的降低,(w=2mm:400,降到,330),。,介质基片横移的情况2.4鳍线介质基片横移，g/有,12,槽在,E,面位移的情况,2.,4,鳍线,当,s,从零增加到,(b-w)/2,时，,g,/,先增后减，,Z,c,在,(b-w)/2,时趋于饱和,；,对于固定的,s,g,/,和,Zc,随槽宽的增大而增加；,低阻抗结构可以通过将槽向一侧壁移动时获得。,s,趋于零、,w=0.1,时，,Zc=40,，利于低阻抗器件的匹配。,槽在E面位移的情况2.4鳍线当s从零增加到(b-w)/2时，,13,a,b,r,d,公差的影响,2.,4,鳍线,鳍线电路设计过程中，对参量,a,和,r,的公差要求比对,b,和,d,的公差要求更为严格。,a,b,r,d公差的影响2.4鳍线鳍线电路设计过程中，对参,14,本征模的色散特性,2.,4,鳍线,分析单模工作带宽，则需分析高次模的影响。,主模是,HE1,，其它为高次模。,虚线的几种模式不会由,TE10,模激励，核心是,HE3,模式。,Vahldieck R(1951-2011).,MTT,1984,本征模的色散特性2.4鳍线分析单模工作带宽，则需分析高次模的,15,金属鳍片厚度的影响,2.,4,鳍线,Zc,随基片厚度,t,的增加而减小；,在靠近截止频率的低频段，鳍线的作用如同脊波导，,t,增大时，截止频率降低，,e,增加；,在较高频段，基片作用像槽线，随,e,频率增加而减小；,金属鳍厚度影响在高工作频段和槽宽较窄时较为明显；,频段中的某些频点上，,t,对有效介电常数的影响可以忽略。,金属鳍片厚度的影响2.4鳍线Zc随基片厚度t的增加而减小；,16,装架槽的影响,2.,4,鳍线,装架槽的影响2.4鳍线,17,小结,本章要点,：,各种毫米波传输线概念和结构；,各种毫米波传输线的优缺点；,微带线的主要特性参数有哪些？,矩形波导的特性参数计算和推导。,小结本章要点：,18,