學(xué)個(gè)Antenna是以天線仿真和調(diào)試為主，理論原理為輔的干貨天線技術(shù)專欄，包括天線入門(mén)知識(shí)以及各類天線的原理簡(jiǎn)介、仿真軟件建模、設(shè)計(jì)、調(diào)試過(guò)程及思路。如有想看到的內(nèi)容或技術(shù)問(wèn)題，可以在文尾寫(xiě)下留言。

摘要：

定向傳輸微波信號(hào)和微波能量的傳輸線可稱之為微波傳輸線，常用的TEM模傳輸線有同軸線，微帶線，帶狀線和共面波導(dǎo)，TE模和TM模傳輸線有矩形波導(dǎo)，圓波導(dǎo)，橢圓波導(dǎo)和瘠波導(dǎo)等。本次推文就簡(jiǎn)單介紹幾種典型微波傳輸線的理論和仿真分析。

本文使用的軟件為CST2018和AnsysEM 18.2

同軸線和帶狀線

傳輸TEM模的傳輸線中，最常見(jiàn)的自然是同軸線和微帶線了。

同軸線(coaxial line)是一種寬帶傳輸線，其TEM主模的截止波長(zhǎng)無(wú)窮大，但是其第一高次模為

模，單模傳輸時(shí)要滿足

。其中a和b分別為同軸線的內(nèi)外半徑尺寸。

利用CST的阻抗計(jì)算小工具，我們可以計(jì)算下同軸線的參數(shù)。

和理論公式一樣，空氣填充，內(nèi)外直徑分別為0.8mm和1.84mm的同軸線，其特性阻抗為。該尺寸下的同軸線基本為50歐姆特性阻抗。

點(diǎn)擊Build 3D，設(shè)置好求解頻率和邊界條件后，設(shè)置波端口的Nums of modes為2便于查看高次模模。在時(shí)域求解器中激勵(lì)Port1端口即可，并勾選Calculate port mode only進(jìn)行快速計(jì)算。

從下圖仿真結(jié)果可以看出，高次模模的截止頻率為73.56GHz，除此之外，兩種模式的電場(chǎng)矢量分布差異也是一目了然。

同軸線兩種模式的截面電場(chǎng)分布

上圖TEM模式，下圖TE11模式

帶狀線(stripline)由兩塊相距為的地板，與中間寬度為厚度為的矩形截面導(dǎo)體構(gòu)成，兩塊地板中間填充均勻的介質(zhì)，如下圖所示：

與同軸線類似會(huì)出現(xiàn)TE和TM模式一樣,通常選擇帶狀線尺寸:

地板橫向?qū)挾葹閹罹€寬度的5~6倍,以避免出現(xiàn)高次模。

同理,帶狀線的計(jì)算和建模仿真也可以直接調(diào)用CST的阻抗計(jì)算小工具。

接下面波端口的設(shè)計(jì)就有講究了,按下圖進(jìn)行操作,即可打開(kāi)Calculate port extension coefficient。

不過(guò)懶人建模仿真可以先Pick帶狀線的截面,然后再打開(kāi)此界面,點(diǎn)擊Construct port from picked face,即可完成波端口激勵(lì)的設(shè)置,另一個(gè)波端口亦是如此。同樣可以把波端口的Nums of modes設(shè)置為2,便于查看第一高次模。

仿真完畢后,可以在1D Results->Port Information->Line Impedance下查看該帶狀線的端口阻抗值基本為50歐姆。

在2D/3D Results下的Port Modes可以看到激勵(lì)模式的電場(chǎng)矢量:

帶狀線兩種模式的截面電場(chǎng)分布

微帶線

微帶線在媺波集成電路中應(yīng)用的比較廣泛，其結(jié)構(gòu)如下圖所示：

相較于帶狀線而言，微帶線的上下半平面就沒(méi)那么對(duì)稱了。實(shí)際上微帶線的嚴(yán)格場(chǎng)解是由TE-TM波混合組成的，然而工程實(shí)際應(yīng)用中考慮到介質(zhì)基板厚度

，因此其場(chǎng)是準(zhǔn)TEM模，可以通過(guò)微波工程一書(shū)中的理論計(jì)算公式進(jìn)行微帶線的有效介電常數(shù)和特性阻抗的近似計(jì)算，這些結(jié)果是對(duì)嚴(yán)格的準(zhǔn)靜態(tài)解的曲線做近似擬合，這里就不做過(guò)多贅述。依葫蘆畫(huà)瓢一樣計(jì)算并構(gòu)建好微帶線的模型，適當(dāng)調(diào)整基板的橫向?qū)挾群突彘L(zhǎng)度。

在2D/3D Results下的Port Modes可以看到激勵(lì)模式的電場(chǎng)矢量:

微帶線兩種模式的截面電場(chǎng)分布

0.762mm厚度基板

可以看到10.69GHz即出現(xiàn)了第一高次模式。為了拓寬準(zhǔn)TEM模式的單模工作頻帶范圍，需要將介質(zhì)基板厚度降低。如下圖所示，采用0.254mm厚度的基板，第一高次模式截止頻率提高到了24.54GHz。

微帶線兩種模式的截面電場(chǎng)分布

0.254mm厚度基板

END

建模仿真還是挺費(fèi)時(shí)間和精力的，希望大家多點(diǎn)贊分享！

*本文的圖片部分來(lái)自CST2018軟件

原文鏈接：一文了解常用的微波傳輸線（一） - RFASK射頻問(wèn)問(wèn)

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作者：微波天線工程師

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的一文了解常用的微波传输线（一）的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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