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1、微波技术微波传输线微带线基础,微 带 线 基 础,微带线的发展 微带线的特性参量 微带线的色散特性 微带线的应用,微波技术微波传输线微带线基础,1、微带线的发展,微带线是微波传输线的一种。最初的平行传输线随着频率的升高会有显著的辐射损耗，不适于作很高频段（例如分米波、厘米波段）电磁波的传输线和电路元件，因此发展成封闭结构的同轴线和波导，防止了辐射损耗，大大提高了工作性能，把微波技术推进到一个新的水平。但是，同轴线和波导的最大缺点是体积和重量大。此外，同轴线和波导作为传输线和电路元件还存在机械加工复杂、成本高、调整不容易等缺点。,图,微波技术微波传输线微带线基础,图示,微波技术微波传输线微带线基
2、础,1、微带线的发展,概念的提出：40年代末、50年代初。从六十年代以来，无线电技术对小型化的要求日益迫切，改变以波导、同轴线为主体的微波系统已成为当务之急；同时在微波固体器件上已产生重大突破，要求有微波传输线与之配合，此时微带线就占据了重要的应用位置，因为它的下述三个主要特点解决了微波电路小型化、集成化中的主要矛盾。,微波技术微波传输线微带线基础,1、微带线的发展,可用印刷电路的方法做成平面电路，电路结构十分紧凑；高介电常数的介质基片缩短了导波波长，使传输线纵、横向尺寸均大为缩减；微带线导体的半边是自由空间，连接固体器件十分方便。,三个特点,微波技术微波传输线微带线基础,1、微带线的发展,微
3、波技术微波传输线微带线基础,2、微带线的特性参量,微带线中主要传播的是横电磁波（TEM）或准TEM波。只要假定它们是无耗的，其特性阻抗Z0均可用单位长度的分布电容C（法拉米）和相速VP（米秒）表示：,微波技术微波传输线微带线基础,2、微带线的特性参量,若传输线以相对介电常数为r 的介质均匀填充，则 VP 和C分别为：,这里V0是真空中的电磁波速度；C0是以空气作介质时传输线单位长度的分布电容。,微波技术微波传输线微带线基础,2、微带线的特性参量,当传输线有数种介质填充时，要引入有效介电常数的概念，此时：,用了有效介电常数后，就可把这种传输线看作介电常数等于 的介质均匀填充的传输线。,微波技术微
4、波传输线微带线基础,2、微带线的特性参量,Z0是所研究传输线的实际特性阻抗，Z0是同样结构的传输线、填充介质为空气的特性阻抗。,由上式可知：,微波技术微波传输线微带线基础,2、微带线的特性参量,微带线特性阻抗Z0计算公式可归纳为：,微波技术微波传输线微带线基础,2、微带线的特性参量,用这些公式，由已知的宽高比w/h和 ，容易求微带线的Z0和 。而实际总是往往相反，是由给定的Z0来确定w/h。这在以前是一个非常巨大的工程，要花费大量的人力和物力来计算，现在可用相应的计算软件来模拟和分析，不必人工计算，节省了很多的时间和精力。,微带线上的波导波长 与自由空间中的波长 有如下关系：,微波技术微波传输
5、线微带线基础,注 意：,Z0和Vp是针对某一确定模式而言。,杂型波极小，称准TEM波。其电力线分布近似为TEM波形状，但Ez、Hz不为零。频率越低，越类似TEM波（f4GHz时不考虑杂型波影响） ，其理论推导见沈致远“微波技术”P55-57页。,微波技术微波传输线微带线基础,3、微带线的色散特性,色散是指电磁波的传播速度随其频率变化而变化的现象。一般对微带线进行的分析都认为微带线上传播的是TEM模，因而微带线的导波波长、相速或有效介电常数均与频率无关，即没有色散现象。但是，实际上无论是敞开的还是屏敝的微带线，均不能维持这种TEM模的传播，因为这种模满足不了空气和介质上的边界条件。,微波技术微波
6、传输线微带线基础,3、微带线的色散特性,微带线中传播的真正模式是一种TE模和TM模组成的混合模式。这种混合模式能在任何频率下传播，但是它是色散的。频率较低时，混合模就趋近于TEM模。因而微带线中传播的模式可近似地看成TEM模，或称它为准TEM模。但在较高的频率下，当传输线尺寸远大于四分之一波长时，就必须考虑微带线的色散性质，此时高次模已经存在。,微波技术微波传输线微带线基础,3、微带线的色散特性,高次波型的存在，除了使参量偏离于按TEM波计算的结果外，还增加了辐射损耗，并引起电路各部分之间的互耦，使工作状况恶化。在微带电路中，高次波型主要有两种：波导波型和表面波型。前者存在于金属带条和接地板之
7、间，后者则只要在接地板上放一块介质基片即能存在。,微波技术微波传输线微带线基础,4、微带电路简介,微带集成电路具有小型化、轻量化、生产成本低、生产周期短、可靠性高和性能指标高的优点，已从单一的单元器件发展到大的微波功能模块，如微波固体接收机、微波相控阵单片固体模块等。当然，它也有缺点和局限性，例如损耗较大、Q值较低、空气介质界面附近会激起表面波等。目前，微带集成电路发展十分迅速，已成为微波技术的主要发展方向之一。,微波技术微波传输线微带线基础,金红石(r大)、氧化玻(导热好，大功率)、 石英(光洁度高)、 蓝宝石(均好，价格贵),r 大（小型化）； tg小（损耗小）； r 温度系数小（频漂小）
8、； 纯度高，一致性好； 表面光洁度高； 电阻率高，热传导率高，击穿强度高（大功率传送）。,一、基片材料要求：,常见基片材料:,微波技术微波传输线微带线基础,二、金属材料要求:,电阻率小 (损耗小) ；电阻率温度系数小 (频漂小) ；对基片附着力好；可蚀性和可焊性好；能电镀，易蒸发。,微波技术微波传输线微带线基础,三、薄膜技术主要工艺,1、磨片：粗磨、细磨、抛光（光洁度1m以下）。2、蒸发：Buffer（铬）约几十几百，然后铜或金1m。（市售一般铜1050m，覆塑料膜保护）3、电镀：保证损耗小，膜厚约为趋肤深度的35倍，在XL波段（3cm20cm），金趋肤深度约0.72m，通常膜厚10m，用电镀
9、加厚；也可先镀铜，再薄金层保护，既节约又达到降低损耗的目的。注意：Buffer（铬）的电阻率10倍于铜，厚400左右，电流将主要集中再铜 / 金上而在铬上分布很少。铬的趋肤深度：（2GHz，2.7m）,微波技术微波传输线微带线基础,四、照相制板,面积有限(镜头较差)；减薄技术；腐蚀和均匀性的控制。,光刻制板,微波技术微波传输线微带线基础,LNA,微波技术微波传输线微带线基础,MIXER,微波技术微波传输线微带线基础,OSCILLATOR,微波技术微波传输线微带线基础,SMA系列,SMA系列产品是种应用广泛的小型螺纹连接的同轴连接器。具有体积小，重量轻、抗震性能好、防射频泄漏、低插损、寿命长、性
10、能优越、可靠性高的特点。工作温度-65165摄氏度。广泛用于微波设备和数字通信设备的射频回路中连接射频同轴电缆或微带。,微波技术微波传输线微带线基础,SMB系列,SMB系列产品是一种小型推入式锁紧射频同轴连接器、具有体积小、重量轻、使用方便、电性能优良等特点、适用于无线电设备和电子仪器的高频回路中连接射频同轴电缆用。,微波技术微波传输线微带线基础,MCX系列,MCX系列接头具有插入自锁结构。它是一种体积、重量、耐用性及性能俱佳的产品。它的体积比标准SMB小30%，因此连接更加紧密。应用于对体积、重量、性能及安装方式有要求的场所。,微波技术微波传输线微带线基础,N系列,N型系列接头是一种具有螺纹
11、连接结构的中大功率连接器，具有抗振性强、可靠性高、机械和电气性能优良等特点，广泛用于振动和环境恶劣条件下的无线电设备和仪器中连接射频同轴电缆用。,微波技术微波传输线微带线基础,12GHz卫星接收机高频头电路,GOSPELL3300C ku波段高频头,微波技术微波传输线微带线基础,卫星电视接收系统概述,卫星作为一个转发器转发电视信号，实现大面积电视覆盖的新技术，这就是卫星电视广播。通信卫星（如C波段的4GHz卫星），主要用于通信，也可用于转发电视信号。但由于转发器功率小、频率不够高，所以抛物面天线口径大，造价高，只能用于集体接收方式。直播卫星（如Ku波段的12GHz卫星），转发器功率大、频率高，
12、接收天线口径小，可用作家庭个体接收方式。卫星电视接收系统由三部分组成：天线、高频头、接收机，见下图。,微波技术微波传输线微带线基础,卫星电视接收系统结构框图,天线通常采用抛物面天线，口径大小视用途而定：家用型： 1.01.5 M中转电视台站： 4.010.0 M国际通信站：10.030.0 M天线口径越大，天线增益越大，接收、转播的电视信号质量越高。,微波技术微波传输线微带线基础,高频头,高频头直接挂在天线上，对接收到的微波信号进行放大，再下变频到1GHz左右的中频（9501450MHz），然后经过中放送到接收机，避免了微波直接在电缆中传输的损耗。高频头增益一般在60dB左右。室外的高频头和室
13、内接收机之间用75电缆连接。由于高频头已有足够的增益，因此二三十米长电缆线引起的中频损耗对整机灵敏度影响很小。接收机对高频头送来的中频信号进行变频，使之成为电视频道的变频信号，送入电视机。高频头的构成主要有以下几部分：波导-微带转换器，低噪声放大器，混频器，中频放大器。,微波技术微波传输线微带线基础,高频头,波导微带转换器：波导微带转换器的作用是将馈源中所接收到的微波信号通过小天线、同轴线耦合到微带低噪声放大电路中。转换器的驻波比必须很低，否则接收到信号将被反射，等效于接收信号被衰减，增加整机噪音。低噪音放大器：低噪音放大器在任何微波接收系统中都处于前端位置，这是因为微波系统的噪音系数基本上取
14、决于前级放大器的噪音系数，所以低噪音放大器是接收系统中相当重要的部件。,微波技术微波传输线微带线基础,高频头,本地振荡器：由于高频头一般置于室外，环境温度变化很大，为了获取足够稳定的本机振荡频率稳定度，又要使结构简单，一般采用介质振荡器，这样的振荡器稳定度很高。混频器：高频头内的低噪音放大器已有40dB以上的增益，因此对混频器的噪音和变频损耗没有要求。为了简化电路，大多使用单管混频，并在混频器前端加上微带式带通滤波器，由于镜频距离较远，该滤波器比较容易实现。中频放大器：中频频率低一些，可以使用分立器件。,微波技术微波传输线微带线基础,GOSPELL3300C ku波段高频头电路,输入频率范围:
15、12.2512.75GHz Conversion gain: 55 dB (Typ) 输入波导截面: waveguide WR-75 极化隔离度: 20 dB (Typ) 噪声: 0.6dB (Typ) 增益平坦度: +/-1dB/36 MHz 本振频率: 11.3GHz 本振频率稳定度: +/-2.5MHz -40 to +60 degrees Celsius 输出频率范围: 9502150MHz 输出功率 (at 1dB gain compression): 0dB (min) 输出接口: 75ohms F type female 操作温度: -40 to +60 degrees Cels
16、ius,主要指标：,微波技术微波传输线微带线基础,GOSPELL3300C ku波段高频头电路,外形结构,微波技术微波传输线微带线基础,GOSPELL3300C ku波段高频头,高频端的内部电路图(除去屏蔽罩),微波技术微波传输线微带线基础,GOSPELL3300C ku波段高频头电路,微波技术微波传输线微带线基础,低噪音放大器,低噪音放大器主要由输入匹配电路、放大器、输出匹配电路、偏置电路等四部分组成。其中输入匹配电路影响LNA的噪音系数，输出匹配电路关系到LNA的增益和稳定度，偏置电路决定放大器的工作状态。,微波技术微波传输线微带线基础,低噪音放大器实际电路板,微波技术微波传输线微带线基础
17、,功率放大器,在功率放大器中，输入匹配不是按照最小噪音系数来设计的，而是按照最佳匹配来处理的，就是说输入匹配的目的就是使得S11最小，输出匹配是按照共扼匹配来处理的，这样可以使得输出功率最大。偏置电路决定功率放大器的工作状态，如工作于甲类或乙类功放等。,微波技术微波传输线微带线基础,抑制镜像滤波器,固定结构的发夹型带通滤波器,微波技术微波传输线微带线基础,介质振荡器,该振荡器源极接地，振荡信号由漏极输出，介质谐振器置于漏极和栅极之间，它作为带通滤波器，通过它的反馈形成振荡。漏极的锥形微带线做阻抗匹配用。栅极所接电阻是为了消除寄生振荡，并与源极一起构成自偏置电路。,微波技术微波传输线微带线基础,
18、介质振荡器版图,微波技术微波传输线微带线基础,混频器原理图,对于场效应管，id和vgs之间呈现非线性，高频信号从栅极加入，本振信号从漏极输入，则可以利用沟道电阻的非线性特性实现混频。这种电路可利用栅漏极之间的隔离，高频信号直接加入栅极，经放大后再与漏极输入的本振信号相混，故称它为漏极混频器。,混频器物理模型(共漏极混频),微波技术微波传输线微带线基础,混频器,图10-25混频器实际电路,微波技术微波传输线微带线基础,中频放大器、滤波器,利用两个三极管作为放大器，因为该高频端的中频频率有1000MHz左右，还是挺高的，带通滤波器由直接制作在印刷电路板上的电感和分布电容组成,微波技术微波传输线微带线基础,中频放大器、滤波器实际电路,微波技术微波传输线微带线基础,微波技术微波传输线微带线基础,