同轴线和微带线

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1、同轴线同轴线是由两根同轴的园柱导体构成的导行系统，内导体的外半径为b(d=2b)、外导体的内半径为a(D=2a)，两导体间填充空气(硬同轴线)或相对介电常数为er的高频介质(软同轴线，即同轴电缆)。同轴线是一种双导体导行系统，可传输TEM波,以TEM波为工作模广泛用作宽频带馈线与设计宽带元件。但当其横向尺寸可与工作波长相比拟时，同轴线中也会出现TE、TM模,这是实用中所不希望的。一、同轴线的TEM模TEM模是同轴线的主模，是无色散波，其传输特性在长线理论中已从电路的角度讨论过。下面，将从场的角度讨论之。1.场分布TEM波，Ez=Hz=0

2、，fc=0，分布函数应满足与二维静态场一致，只要用解相应二维静态场的方法求出当内、外导体间充满介质(mr、er)时设有一恒定电流I流过内导体(同轴线无限长)，则根据安培定律，有1)用静态场求分布函数代入(3-115)得TEM波的行波解为2)TEM模的场分布如图所示2.特性阻抗对TEM波（无色散波），沿z向的单一行波电流为导体表面的纵向电流线密度的积分电压是内、外导体间电场的线积分特性阻抗3.传输功率P与功率容量Pmax设击穿电压强度为Ebr，击穿将首先在电场最强的内导体表面(r=b)处发生,则4.衰减常数ac为导体损耗的衰减常数，

3、对于空气介质的同轴线(硬同轴线)中，TEM波的aac。为求a，需先算出长度为L的一段同轴线的衰减功率PL。同轴线内、外导体表面的切向(j向)的磁场分别为则将上式及式（3-122）代入（3-83）ad为介质损耗的衰减常数，对于软同轴线，其中填以高频介质，应考虑ad。二、同轴线的高次模可将同轴线视为同轴波导，取园柱坐标r,j,z；电磁波在b

4、近似计算式。同轴线所有高次模中,lc最大的是模：可见，在近似程度内，所有相同i的　的lc相等而与n无关，故应避免模的出现。当n0、i=1,D/d<4时要保证TEM单模传输，则即工作波长应大于同轴线内、外导体的平均周长。随着l的缩短(f上升)，应减小同轴线的尺寸，而过小的尺寸又导致损耗增大、传输效率降低。故同轴线不宜用于微波的高频端作功率传输。三.同轴线尺寸的选择应考虑三个因素：1.保证TEM单模传输1.1是为了有效地抑制高次模而引入的安全系数。最高可利用频率：由2.通过功率最大令D/d=x,(3-123)式中，

5、由可见，获得最大功率容量和获得最小衰减系数的条件不同，具体使用时，要根据实际需要确定以哪一个为主。如远距离传输希望a越小越好，而大功率传输则要注意同轴线的功率容量。对于空气介质的同轴线，习惯上采用特性阻抗为75W和50W两种；75W接近a最小的要求；50W则兼顾通过功率大和a小这两个要求的折中考虑，此时取D/d=2.3,a比amin约大10%,功率容量比最大值约小15%。3.衰减系数最小令D/d=x,(3-124)式中，由微带线微带线由介质基片上的导带和基片下的接地板构成，整个微带线用薄膜工艺制作而成，其中基片采用介电常数高、高频损耗小

6、的陶瓷、石英或蓝宝石等介质材料，导带材料为良导体。微带线结构简单、体积小、重量轻、加工方便，又便于与微波固体器件接成一体,容易微带线wht实现微波电路的小型化和集成化，在微波集成电路中微带线属于半敞开式、部分填充介质的双导线传输线，可看作是由平行双线演变而来的，如图所示。在平平行双线演变成微带线体轧成薄导带，且在导带与导电平板之间填充介质，即成标准的微带线。获得了广泛的应用。行双线对称面上放一无限薄的导电平板，由于电力线垂直于导电平板，因此并不影响原来的场分布；去掉下面的一个导体，导电平板上的场分布也不变；再将圆柱导1)微带线传输的主模

7、微带线是双导体系统，如果没有介质基片，由于导体周围是均匀的空气，可以存在无色散的TEM模。然而，实际的微带线是制作在介质基片上的，由于增加了介质与空气的界面，使问题复杂化。用电磁场理论可证明，在两种不同介质的传输系统中，不可能存在单纯的TEM模,而只能存在TE模和TM模的混合模。但在微波波段的低频端，由于场的色散现象很弱，场的纵向分量很小可忽略，传输模式类似于TEM模，故称为准TEM模。2)微带线的特性参量实用微带线一般工作在低频弱色散区，其工作模式准TEM模与无色散的TEM模非常接近，作为一级近似，可当作TEM模来分析，这种分析方法称

8、为“准静态分析法”。对TEM模，根据长线理论对于如图(a)的空气微带线，传输TEM模的vp=v0=c(光速)，设它的单位长度分布电容为C01，则其特性阻抗为当微带线周围全部用介质(er)填充(如图(b))时