杭州电子科技大学本科毕业设计
2 概述
2.1 不等分功分器中的微带线
2.1.1 微带线的定义
微带线是式一种准TEM波传输线，结构简单，计算复杂，位于接地层上由电介质隔开的印制导线，它是一根带状导(信号线)．与地平面之间用一种电介质隔离开。。印制导线的厚度、宽度、印制导线与地层的距离以及电介质的介电常数决定了微带线的特性阻抗。如果线的厚度、宽度以及与地平面之间的距离是可控制的，则它的特性阻抗也是可以控制的。单位长度微带线的传输延迟时间，仅仅取决于介电常数而与线的宽度或间隔无关[11]。
目前，微带传输线可分为两大类：一类是射频/微波型号传输累的电子产品，这一类产品与无线电的电磁波有关，它是以正弦波来传输信号的，如雷达、广播电视和通信；另一类是高速逻辑信号传输类的电子产品，这一类产品是以数字信号传输的，同样也与电磁波的方法传输有关，这一类产品开始主要应用在计算机等中，现在已迅速推广应用到家电和通信类电子产品上了[12]。
为了达到高速传送，对微波印制板基板材料在电气特性上有明确的要求。在提高高速传送方面，要实现传输信号的低损耗、低延迟，必须选用介电常数合适和介质损耗角正切小的基板材料进行严格的尺寸计算和加工。 2.1.2 微带线的结构
图2-1常规微带线截面图
如图2-1是微带线横截面的结构图，相关设计参数如下：
（1） 基板参数：基板介电常数Εr、基板介质损耗角正切tanδ、基板高度H和导线厚度t。导带和底板（接地板）金属通常为铜、金、银、锡或铝。
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（2） 电特性参数：特性阻抗Z0、工作频率f0、工作波长λ0、波导波长λg和电长度（角度）θ。
（3） 微带线参数：宽度W、长度L和单位长度衰减量AdB。
构成微带的基板材料、微带线尺寸与微带线的电性能参数之间存在严格的对应关系。微带线的设计就是确定满足一定电性能参数的微带物理结构[13]。 2.1.3 微带线计算
已知传输线的电特性参数（Z0、θ），求微带线的物理结构参数（W、L、AdB）。 解：
4?weth?w?[1?ln()]..........窄带w?e??e?t2?W?? （2-1） ?w?t[1?ln(2h)]..............宽带w?hee??t2????g L? （2-2）
2?A??c??d （2-3）
其中：
?eH1?1h(?)?H?84ewe???h[2[(d??1)?ln(2d??1)]??r?1[ln(d??1)?0.293?0.517]]???r?r?? （2-4）
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?rc?r?e?1tan???2.73 d （2-6） f0?r?e?r?12000?f0?1?? cln10?2?f0z0
（2-7）
H?Z02(?r?1)
1?r?1114?(ln?ln) （2-8）
119.92?r?12?r?59.95?2d?? （2-9）
z0?r 已知微带线的物理结构参数（W、L、AdB），求电特性参数（Z0、θ）。
解：
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?e?2?ln（2-10） ?1?1119.9?Wln4e?W???116r?[???r(ln?ln(?0.9))]?222h?2?2?22h?r?r?rZ0???r?119.94h4h?14??1?[ln(?()2?2)?r(ln?ln)]W2(?r?1)2?r??（2?r+1）W? ??2?p?g （2-11）
??r?11?r?1?1ln4?2[1?(ln?)]?22H?12???r?r?? （2-12） ?e?1?110h??r??r(1?)?0.555?22we?2.1.4 微带线常用材料
构成微带线的材料就是金属和介质，对于金属的要求是导电性能，对于介质的要求是提供合适的介电常数，而不带来损耗。当然，这是理想情况下，对材料的要求还与制造成本和系统性能有关。
1）介质材料
高速传送信号的基板材料一般有陶瓷材料、玻纤布、聚四氟乙烯、其他热固性树脂等。表2-1给出了微波集成电路中常用介质材料的特性。就微带加工工艺而言，这些材料有两种实现方式：
（1）在基片上沉淀金属导带，这类材料主要是陶瓷类刚性材料。这种方法工艺复杂，加工周期长，性能指标好，在毫米波或要求高的场合使用。
（2）在现成介质覆铜板上光刻腐蚀成印制板电路，这类材料主要是复合介质类材料。这种方法加工方便，成本低，是目前使用最广泛的方法，又称为微波印制板电路。
在所有的树脂中，聚四氟乙烯的介电常数Εr稳定，介质损耗角正切最小，而且耐高低温性和耐老化性能好，最适合于作高频基板材料，是目前采用量最大的微波印制板制造基板材料。
2）铜箔种类及厚度选择
目前最常用的铜箔厚度有35μm和18μm两种。铜箔越薄，越易获得高的图形精密度，所以高精密度的微波图形应选用不大于18μm的铜箔。如果选用35μm的铜箔，则过高的图形精度使工艺性变差，不合格品率必然增加。研究表明，铜箔类型对图形精度亦有影响。目前的铜箔类型有压延铜箔和电解铜箔两类。压延铜箔较电解铜箔更适合于制造高精密图形，所以在材料订货时，可以考虑选择压延铜箔的基材板。
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杭州电子科技大学本科毕业设计 表2-1 微波集成电路中常用介质材料的特性
损耗角正切 相对介电常数 电导率? tan?*10?4 r （10GHz时） 2 10 0.30 氧化99.5% 6 9 0.28 铝陶96% 85% 15 8 0.20 瓷 1 10 0.40 蓝宝石 材料 应用 ?微带线 玻璃 熔石英 氧化玻 金红石 铁氧体 聚四氟乙烯 20 1 1 4 2 15 5 4 7 100 14 2.5
0.01 0.01 2.50 0.02 0.03 微带线，集总参数元件 微带线，集总参数元件 微带线，集总参数元件 微带线复合介质基片 微带线 微带线，不可逆元件 微带线 3）环境适应性选择
现有的微波基材，对于标准要求的-55~+125℃环境温度范围都没有问题。但还应考虑两点，一是孔化与否对基材选择的影响，对于要求通孔金属化的微波板，基材z轴热膨胀系数越大，意味着在高低温冲击下，金属化孔断裂的可能性越大，因而在满足介电性能的前提下，应尽可能的选择z轴热膨胀系数小的基材；二是适度对基材板选择的影响，基材树脂本身吸水性很小，但加入增强材料后，其整体的吸水性增大，在高温环境下使用时会对介电性能产生影响，因而选材时应选择吸水性小的基材或采取结构工艺上的措施进行保护。
2.2 功分器
2.2.1 功率分配器定义
在射频/微波电路中，为了将功率按一定的比例分成两路或多路，需要使用功率分配器（简称功分器）。在近代射频/微波大功率固态发射源的功率放大器中广泛地使用着功率分配器。
功率分配器的技术指标包括频率范围、承受功率、主路到支路的分配损耗、输入输出间的插入损耗。支路端口间的隔离度、每个端口的电压驻波比等。
（1） 频率范围。这是各种射频/微波电路的工作前提，功率分配器的设计结构与工作频率密切相关。必须首先明确分配器的工作频率，才能进行下面的设计。
（2） 承受功率。在大功率分配器/合成器中，电路元件所能承受的最大功率
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