射频工程师必知必会——微波传输线

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“ 微波传输线在射频系统中起着非常重要的左右，利用微波传输线，不仅可以有效的传递微波信号，而且通过恰当的设计，可以构成各种微波器件，微波电路和天线，我们接下来一起学习下微波传输线的相关知识”


+ i5 D6 E2 A/ p# u% P目前常用的微波传输线包括平行双线，同轴线，金属波导，介质波导，微带线，共面波导，基片集成波导等多种传输线形式，每一种传输线都有其适用范围。

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* l* S( P4 n' H/ Z) S各种形式的微波传输线

如上图所示，微波传输线的形式多种多样，不同的结构应用场景也各有不同。我们下面一一介绍。
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$ w. L! |9 r8 m' l% z7 ]7 _平行双线
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有两根平行的导体组成，可以用来传出低频电磁波，例如在短波波段。但是由于平行双线的结构是敞开的，辐射损耗随着电磁波频率的升高而增大。
平行双线的电磁场分布如下图所示：
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( u# B& [, m& |, B$ }+ ^& R其特性阻抗与平行双线的间距和导体的直径相关：
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同轴线

7 H. Y/ X3 o* Z3 T( ]+ h有内外导体组成，电磁波在内外导体之间传输，外导体对电磁波具有屏蔽左右，因而可以减少辐射损耗。但是随着电磁波频率的升高，趋肤效应加重，流经导体的电流越来越集中在导体表面，这相当于叫嚣了导体的横截面，增大了电阻，从而使导体损耗增加。此外，由于同轴线的内导体需要介质来支撑，而介质损耗随着频率的升高而增加。
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- Z. F- V* r* x4 Q+ h( t; G同轴线的主要工作模式是TEM模，工作频段可从直流一直到毫米波频段，具有宽频段特征，其TEM模电磁场分布如下：
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无耗同轴线的特性阻抗为：
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金属波导

通常是指空心的金属管构成，根据金属管横截面的形状，可分为矩形波导和圆波导。金属波导具有损耗低，功率容量大等优点，因此多用在传输大功率信号上。
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: \" s4 T7 G" A4 t3 M  p波导内的场分布如下：
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  _& _) X* o+ C( T+ a详情请点击《深夜放毒之介质滤波器基础——波导传输线全篇》 查阅。
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介质波导
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是由介质构成的非封闭式微波传输线。介质波导工作时，电磁波沿着介质波导在戒指内部和表面附近区域进行传输。介质波导传输的电磁波在介质外沿横向方向随离开介质表面距离的增加指数衰减，这种波被称为表面波。因此介质波导也成为表面波波导。
介质波导有多种结构形式，有介质板，介质覆导体板，介质杆，土介质单导线，介质镜像线，H型波导和O型波导等。如下图所示：
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/ ]' D, s% v: J) F% M" x! I介质波导的原理是在高介电常数介质表面具有完全反射电磁波的特性，因此如同在金属波导中一样，电磁波能量也被限制在高介电常数介质内部。

$ ~) Z1 x6 S# {# W/ k* t微带线

1 k* H8 A4 w$ M, h* z是由沉积在介质基片上的金属导体线和接地板构成的传输线，其基本结构有对称微带线和不对称微带线两种，如下图所示
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) `# D% y/ D# d3 p: {) [3 Q- c微带线具有体积小，重量轻，频带宽，可集成化等优点，同时它的缺点是损耗大，Q值低，功率容量第。
微带线的工作模式是准TEM模，微带线的演变过程如下图

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由于微带线的介质板的介电常数比较高，电场主要集中在金属导体线和接地板之间的介质区域内，所以微带线的辐射损耗并不大，同时可通过加屏蔽罩的方式进一步较小辐射损耗。
共面波导

/ _0 O& b  G2 R& G它的结构类似于微带线，是在微带线的金属导线两侧加上接地板，而在介质基片的地面没有接地板，如下图所示：
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. K* q# t4 a5 ?为了使电磁场能够更加集中在中心导体带条和接地板所在的窘其与介质交接处，应采用高介电常数的材料作为介质基片。共面波导的传输模也是准TEM模。

( ?$ O% ]0 Z3 \. I- y共面波导作为一种性能优越、加工方便的微波平面传输线，在MMIC电路中正发挥越来越大的作用，尤其到了毫米波频段，共面波导更拥有微带线所不可比拟的性能优势。与常规的微带传输线相比，共面波导具有容易制作，容易实现无源、有源器件在微波电路中的串联和并联(不需要在基片上穿孔)，容易提高电路密度等优点。与对称共面波导相比，非对称共面波导与两端器件相联时，具有更大的灵活性。

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有内外导体组成，电磁波在内外导体之间传输，外导体对电磁波具有屏蔽左右，因而可以减少辐射损耗。但是随着电磁波频率的升高，趋肤效应加重，流经导体的电流越来越集中在导体表面，这相当于叫嚣了导体的横截面，增大了电阻，从而使导体损耗增加。此外，由于同轴线的内导体需要介质来支撑，而介质损耗随着频率的升高而增加。

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上面列出这么多种传输线，其实就分为两种：单导体传输线、双导体传输线。
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/ W: s5 p& x; }! X单导体传输线适用于波长与传输线横截面尺寸相近的场景。金属波导、介质集成波导都算单导体传输线

双导体传输线适用于波长远大于传输线横截面尺寸的场景。平行双线，同轴线，微带线，共面波导都算双导体传输线
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, y) y( Z4 h5 ~, [, ?% U那有人问了，如果波长远小于传输线横截面尺寸呢？

6 F$ k: w+ |8 V* K: j8 N+ Y+ Y那就用零导体传输线。
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也就是介质传输线。
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还不明白？
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2 S8 P+ S8 d2 V. I8 J" `光纤啊！
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