微帶電路/清華開發者書庫 下載 mobi epub pdf 電子書 2025

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清華大學《微帶電路》編寫組 編

齣版社： 清華大學齣版社

ISBN：9787302465331

版次：1

商品編碼：12179824

包裝：平裝

叢書名： 清華開發者書庫

開本：16開

齣版時間：2017-04-01

用紙：膠版紙

頁數：525

字數：821000

正文語種：中文

編輯推薦

　　《微帶電路》的*毋庸置疑！很高興的是，我們能夠通過錄製，描圖，加工，為讀者提供這麼一本極其寶貴的圖書。本人對李徵帆教授、高保薪教授等編寫組的老先生一絲不苟的勘誤精神、嚴謹的學術作風錶示非常欽佩，嚮他們緻敬，感謝他們的辛勤付齣！

內容簡介

　　本書敘述和分析瞭微波集成電路係統的無源和有源部分，對電路的核心載體——微帶綫進行深入細緻的分析，涉及微帶綫的特性、物理機理和參量計算，在此基礎上敘述瞭由微帶綫構成的單元電路、無源微波集成電路元件、有關的微波半導體器件機理、有源微波集成電路元件乃至電路係統，給齣微波集成電路分析設計方法及設計計算實例，介紹其實際應用以及電路實際結構。
　　本書反映瞭微波集成電路的概貌，全書引導讀者從*基本的電磁場和網絡概念齣發，由淺入深，逐步深入理解電路機理，掌握分析計算方法，*後達到融會貫通的程度。對微波集成電路知其然，也知其所以然，為從事這一領域的研發工作奠定基礎、啓迪創新思路。
　　本書適閤作為高等學校電子科學與技術、集成電路設計與係統等專業的本科生與研究生參考教材，也可作為從事微波、天綫、集成電路設計等行業的工程技術人員的參考用書。

作者簡介

　　李徵帆，本書*作者和主編，1958年畢業於清華大學無綫電係，畢業後留校任教。1979年調上海交通大學，任該校電子工程係教授。先後在清華和上海交大擔任科研和教學工作多年。在科研方麵涉足微波、天綫、電磁場分析和計算方法、微波集成電路、高速電路信號完整性等領域。獲國傢自然科學奬和國傢技術發明奬各一次。在教學方麵除承擔課堂教學工作外，主要從事研究生培養工作，所指導的博士生有兩人論文被評為全國優秀博士論文，另有兩人獲全國優秀博士論文提名，共有七人獲上海市優秀博士論文。曾獲全國優秀教學成果奬。

目錄

推薦序Ⅰ
前言Ⅲ
編寫說明Ⅴ
第0章緒論——微波集成技術發展概述
第1章微帶綫基礎
1.1微帶綫的發展及其應用
1.2微帶綫的構成
1.3微帶綫的特性阻抗和相速
1.4微帶綫的損耗
1.4.1介質損耗
1.4.2導體損耗
1.5微帶綫的色散特性
1.5.1波導波型
1.5.2錶麵波型
1.6其他形式的幾種微帶綫
1.7小結
第2章微波網絡基礎
2.1概述
2.2矩陣的基本運算規則
2.3微波網絡的各種矩陣形式
2.3.1阻抗矩陣
2.3.2導納矩陣
2.3.3A矩陣（A、B、C、D矩陣）
2.3.4散射矩陣（S矩陣）
2.4基本電路單元的矩陣參量
2.5參考麵的問題
2.6變壓器網絡（正切網絡）
2.7二口網絡的工作特性參量
2.8信號源失配的影響
2.9無損三口網絡的特性
2.10魔T的特性及其應用
2.11電橋、定嚮耦閤器的特性和應用
2.12小結
附錄A無損網絡S參量特性的證明
第3章耦閤微帶綫
3.1概述
3.2均勻介質耦閤微帶綫奇偶模激勵下的微分方程
3.3非均勻介質的耦閤微帶綫
3.4耦閤微帶綫的奇偶模參量
3.5耦閤微帶綫單元的網絡參量和等效電路
3.6小結
第4章微帶綫的不均勻性
4.1概述
4.2微帶綫截斷端的等效電路
4.3微帶綫間隙的等效電路
4.4微帶綫的尺寸跳變
4.5微帶綫直角摺彎
4.6微帶綫T接頭
第5章微帶濾波器和變阻器
5.1微帶濾波器概述
5.2集總參數低通原型濾波器
5.2.1按*大平坦度特性設計
5.2.2按切比雪夫特性設計
5.3微帶半集總參數低通濾波器
5.4濾波器之間的變換關係（相對帶寬較窄情況）
5.5濾波器中的倒置轉換器
5.6按低通原型設計的窄帶寬帶通濾波器
5.7帶阻濾波器
5.7.1頻帶較窄時的近似設計
5.7.2帶阻濾波器的嚴格設計
5.8元件損耗的影響
5.9微帶變阻器概述
5.10指數漸變綫
5.11四分之一波長多節變阻器
5.12變阻濾波器
5.13短節變阻器
5.14小結
第6章微帶綫電橋、定嚮耦閤器和分功率器
6.1概述
6.2耦閤綫定嚮耦閤器
6.2.1基本原理
6.2.2奇、偶模的分析和計算公式
6.2.3微帶耦閤綫定嚮耦閤器的具體問題
6.3分支綫電橋和定嚮耦閤器
6.3.1對稱分支綫定嚮耦閤器及其中心頻率設計公式
6.3.2對稱分支綫定嚮耦閤器的頻帶特性及考慮頻帶寬度情況下的設計方法
6.3.3“結電抗”效應的影響及其修正
6.3.4不對稱的分支電橋和定嚮耦閤器
6.4環形電橋和定嚮耦閤器
6.4.1一般形式
6.4.2寬頻帶環形電橋
6.5分功率器（功率分配器）
6.5.1二等分分功率器
6.5.2不等分的二分支分功率器
6.5.3寬頻帶等分分功率器
6.5.4寬頻帶不等分分功率器
6.6小結
第7章微帶電路元件的構成
7.1微帶電路的結構及其重要性
7.2屏蔽盒
7.3同軸—微帶轉換接頭
7.4波導—微帶轉換接頭
7.5微帶電路中固體器件的安裝
7.5.1管殼固定在接地闆（熱沉）上
7.5.2梁式引綫二極管
7.5.3管芯直接焊接法
7.5.4陶瓷片封裝法
7.6偏壓電路和隔直流方法
第8章微帶固體控製電路
8.1概述
8.2PIN管
8.2.1基本原理
8.2.2PIN管的等效電路
8.2.3PIN管的參數
8.3微帶綫開關
8.3.1單刀單擲開關（微波調製器）
8.3.2單刀雙擲開關（微波換接器）
8.4微帶限幅器和可變衰減器
8.5微帶二極管數字移相器
8.5.1概述

精彩書摘

　　第3章耦閤微帶綫
　　3.1概述
　　第1章主要對單根均勻微帶綫的特性和基本參量進行瞭討論，並且曾經指齣，由於微帶綫本身的結構特點以及高次波型的影響，微帶電路各部分之間有可能存在耦閤，因而降低瞭電路的性能。如果我們適當地選取微帶綫的參量，使高次波型不能存在，因此抑止瞭那些雜散的、無規律的耦閤，而充分利用有規律的且其特性可以控製的耦閤，則可以利用它來構成各種耦閤微帶綫元件，其電性能和結構都很適閤微帶電路的要求。現在，這種元件已廣泛應用於濾波器和定嚮耦閤器中。因此本章將討論耦閤微帶綫的基本特性和等效電路，為以後章節討論有關元件設計時打下一個基礎。
　　圖3.1耦閤微帶綫
　　圖3.1是耦閤微帶綫的結構。兩根相同參量的微帶綫相互隔開距離s平行排列，即構成瞭耦閤微帶綫。這彼此耦閤的兩根綫也並非參量必須相同，在帶狀綫元件中，某些情況下是不同的； 但在微帶綫元件中，以相同情況為主，因此在下麵均按相同微帶綫的耦閤來進行分析。
　　上麵說過，我們需要的是有規律、可以控製的耦閤，這種耦閤就是TEM波的耦閤，或類似靜電、靜磁的耦閤。更通俗地說，就是通過兩根綫之間的互電容和互電感進行耦閤。如圖3.2所示的那樣，整個一對耦閤綫，成瞭彼此之間具有分布互電容和互電感的分布參數係統。圖3.3則錶示齣耦閤綫的等效電路，其中的分布互電容和分布互電感分彆錶示兩根綫之間的電耦閤和磁耦閤。
　　圖3.2微帶綫之間的電耦閤和磁耦閤
　　圖3.3耦閤微帶綫的等效電路
　　耦閤微帶綫上的電壓和電流的分布遠比單根綫的情況復雜，因為單根傳輸綫是孤立的分布參數係統，被激勵後得到單一的電壓波和電流波； 而耦閤微帶綫除瞭也是分布參數外，還具有彼此間的耦閤，因此兩根綫上的電壓波和電流波有相互影響。例如，兩根耦閤綫中的一根受到信號源激勵時，其一部分能量將通過分布參數的耦閤逐步轉移到另一根綫上，因為這個轉移過程是在整個耦閤長度上連續地進行，還受著各口所接負載的影響，並且被耦閤綫還將通過綫間的耦閤，又把部分能量“反轉移”迴到*根綫。因此耦閤綫上的電壓電流分布規律，將是相當復雜的。怎樣從復雜的耦閤綫問題中，找到較簡單解決的方法，使之便於設計耦閤綫元件，關於非正弦波通過綫性電路的問題，在這方麵給我們以啓發。一個復雜的周期振蕩波形，根據諧波分析的方法，可分解成一係列的基波和諧波振蕩分量之和； 而綫性電路對一個總的信號的響應，等於其各個分量各自響應的總和。綫性電路對諸諧波分量的響應是很容易求齣的，迭加後就得到對復雜波形的總響應。這種把復雜的事物分解成各個簡單的問題來逐個加以解決的辦法，在
　　解決耦閤微帶綫問題時，也是行之有效的。這就是目前廣泛應用的所謂“奇偶模參量法”。
　　圖3.4耦閤微帶綫段
　　耦閤微帶綫包括相互耦閤的兩根微帶綫，共有四個引齣口，是一個典型的四口網絡，如圖3.4所示。現在首先要解決的是，當對任意一個口（例如1口）以信號源加以激勵時，通過長度為l的綫間耦閤，如何求得主綫和輔綫（即不接信號源的綫）的各個引齣口的響應？此時，考慮到耦閤綫結構的上下對稱性，如果在1、4兩口輸入一對相互對稱的信號（例如兩個相同的電壓U），或者是一對相互反對稱的信號（例如兩個幅度相等、相位相反的電壓U與-U），則由於耦閤綫上電磁場分布的對稱性，對偶模來說，兩根綫的電場是偶對稱分布的，對於奇模，則是奇對稱分布。總而言之，從電磁場的圖形來說，是完全相同的，這就使上下兩部分可在中心綫上對稱分開，隻需研究一半即可。於是四口網絡的問題就可作為二口網絡來研究，比較簡單地就能得到結果。我們把上述兩種激勵情況分彆稱為偶對稱激勵和奇對稱激勵，或稱奇偶模激勵。當然，奇偶模激勵隻是一種特殊情況，在一般情況下往往並不是奇偶模激勵。但是在1、4口上，任意一對輸入電壓U1、U4，總可以分解成一對奇偶模分量，因而使U1等於兩分量之和，U4等於兩分量之差。如以U+錶示等幅等相的偶對稱激勵電壓（偶模分量），U-錶示等幅反相激勵的電壓分量（奇模分量），則
　　U1=U++U-
　　U4=U+-U-(3.1)
　　因而得到
　　U+=U1+U42
　　U-=U1-U42(3.2)
　　式（3.2）說明瞭任意一對輸入電壓U1和U4總可分解成一對U+和U-分量。在特殊情況下，當U4=0，相應於隻在1口上接信號源激勵時，則U+=（U1+0）/2=U1/2，U-=（U1-0）/2=U1/2，即其奇偶模分量相等。
　　必須指齣，奇偶模激勵時，耦閤綫上的狀況及其參量是不相同的。因此，在分解成奇偶模分量以後，必須用奇偶模各自的參量進行電路分析，*後再把結果疊加而得到耦閤綫的解，其具體過程將在以後進行討論。
　　還應指齣，並非隻對耦閤微帶綫纔采取奇偶模的分析方法，對所有具有對稱結構的四口網絡（例如以後要提到的分支綫定嚮耦閤器）以及部分三口網絡（例如以後要提到的三綫功率分配器），都可應用此方法，從而使分析過程大大簡化。
　　3.2均勻介質耦閤微帶綫奇偶模激勵下的微分方程
　　上節曾經提到，應用奇偶模分析時，可以使過程簡化。下麵就來看耦閤微帶綫工作於奇偶模激勵狀態下的特性以及奇偶模參量和綫間耦閤參量之間的關係。
　　由於耦閤微帶綫係工作於部分充填介質的情況，其奇偶模工作狀態比較復雜。為此，作為一個特例，我們先考慮均勻介質的情況（即全空間是單一介質），就是把介質基片移去後的空氣耦閤微帶綫，然後再討論加入非均勻介質所引起的影響。
　　在單根微帶綫中，可以解傳輸綫方程（或稱長綫方程）求得其基本特性和求齣其基本參量，如特性阻抗、傳播常數等。
　　在耦閤微帶綫中．也可用類似方法研究其特性。在這裏，首先假定以下條件：
　　（1) 綫上為TEM波，即綫間耦閤等同於靜電和靜磁耦閤。可以用互電容和互電感錶示。其他各種高次波型的雜散耦閤可以忽略不計；
　　（2） 兩根微帶綫的參量相同，結構對稱；
　　（3） 微帶綫完全置於空氣中，因此係工作於均勻介質狀態；
　　（4） 微帶綫的損耗可忽略不計；
　　（5） 耦閤微帶綫隻工作於偶模（或稱同相型）及奇模（或稱反相型）的工作狀態。
　　參照圖3.3，給齣下列耦閤微帶綫的參量：
　　Co、Lo為兩根耦閤微帶綫相隔無限遠時，每根綫的分布電容和分布電感，即相當於單根微帶綫的分布電容、分布電感。
　　C、L為一根微帶綫的旁邊有另一相同微帶綫與之耦閤、但未被激勵情況下的單根綫的分布電容和分布電感。C、L雖然也是單根綫的分布電容、分布電感，但由於另一根綫的影響（因為另一根綫的存在，顯然使電磁場的分布變形），和該綫單獨存在時的相應參量Co、Lo自然有所不同。
　　Cm為兩根微帶綫之間的耦閤分布電容或互分布電容，錶示兩綫間的電場耦閤。
　　Lm為兩根微帶綫的耦閤分布電感或互分布電感，錶示兩綫之間的磁場耦閤。
　　CmC=KC稱為電容耦閤係數。
　　LmL=KL稱為電感耦閤係數。
　　根據上麵給齣的參量，並考慮到耦閤綫工作於奇偶模情況，可寫齣耦閤綫微分方程如下：
　　�礥1�祕+L�礗1�禕+Lm�礗2�禕=0
　　�礗1�祕+C�礥1�禕-Cm�礥2�禕=0
　　�礥2�祕+L�礗2�禕+Lm�礗1�禕=0
　　�礗2�祕+C�礥2�禕-Cm�礥1�禕=0(3.3)
　　圖3.5耦閤綫上電壓電流
　　正方嚮的規定
　　其中，U1、I1、U2、I2分彆為綫1和綫2上的電壓和電流，如圖3.5所示。z為沿綫方嚮的坐標。在上述微分方程中，Lm及Cm前麵的符號相反，這是因為電耦閤和磁耦閤具有相反的性質。例如對於偶模，如對綫1、2上的電壓、電流規定相同的正方嚮，則由磁耦閤的特點，i2對時間變化率在綫1上産生的互感電動勢，和i1對時間變化率在綫1上本身産生的自感電動勢同方嚮，故兩者取相同的符號； 而電壓U2通過耦閤電容Cm産生一流入綫1的位移電流，U1本身通過綫1自電容産生一流齣綫1的分路電流，二者方嚮正好相反。因此，在方程組（3.3）的（2)(4）式中，兩位移電流方嚮彼此相反，上述關係對奇模也是一樣。
　　在考慮到耦閤綫隻工作於偶模和奇模時，綫1和綫2的電壓、電流有下列關係
　　U1U2=I1I2=±1（3.4)
　　其中，比值1對應於偶模，比值-1對應於奇模。在此種情況下，求方程式（3.3）的特解時，考慮到式（3.4）所錶示的兩綫間電壓、電流之間的關係，以及KC、KL的定義，則方程(3.3）可簡化為
　　�礥�祕+L（1±KL）�礗�禕=0
　　�礗�祕+C（1�篕C）�礥�禕=0(3.5)
　　和單根傳輸綫的微分方程相比，隻是方程後項的係數有瞭改變。對於偶模，分彆以L(1+KL)及C(1-KC）代替原來的L、C； 對於奇模，則分彆以L(1-KL）及C(1+KC）代替原來的L、C。
　　在式（3.5）中，用類似於單根傳輸綫微分方程的求解過程，可得齣對奇偶模的入射波分量和反射波分量以及相應的相位常數和特性阻抗，它們分彆為
　　k±=ωLC（1±KL）（1�篕C）(3.6)
　　在式(3.6)中括弧內取上麵符號得到k+，為偶模的相位常數； 取下麵符號得k-，為奇模的相位常數。於是根據相速vφ=ωk的關係，可求得奇偶模相速為
　　v±φ=1LC（1±KL）（1�篕C）(3.7)
　　同樣也可求得奇偶模的特性阻抗，通常分彆以Z0e（偶模）和Z0o（奇模）錶示，它們分彆為
　　Z0e=LC·1+KL1-KC
　　Z0o=LC·1-KL1+KC（3.8)
　　從式（3.8）可知，由於奇偶模是不同的激勵，故此時每根綫上的行波電壓和行波電流情況不同，因而所得齣的奇偶模特性阻抗也不同。在式（3.7）中，由於事先假定耦閤綫工作於TEM波的情況，故對於空氣介質，奇偶模的相速均應等於光速，亦即
　　v+φ=v-φ=c（3.9)
　　為瞭滿足式（3.9），在式（3.7）中，隻有當KL=KC=K纔有可能，亦即空氣耦閤微帶綫的電容耦閤係數和電感耦閤係數兩者應該相等。
　　此時式（3.7）成為
　　v±φ=c=1LC（1-K2）(3.10)
　　與此相應，奇偶模的特性阻抗為
　　Z0e=LC·1+K1-K=Z′01+K1-K(3.11)
　　Z0o=LC·1-K1+K=Z′01-K1+K(3.12）
　　其中，Z′0=L/C，為考慮到另一根耦閤綫影響時的單根綫特性阻抗，它和孤立單綫的特性阻抗Z0=L0/C0是不同的。現在考慮C0和C、L0和L以及Z0和Z′0之間的關係。
　　由於孤立單綫的相速為vφ=1/L0C0=c，應和式（3.10）得齣的奇偶模相速相同，因此有
　　L0C0=LC（1-K2）(3.13)
　　而根據磁場分布的特點，當存在另一根綫的耦閤時，由於該綫一般並非導磁體，其磁場分布圖形受到影響不大，故可認為
　　L0≈L(3.14)
　　而電容的變化較大，因為導體對電場的分布影響比較顯著，因而得
　　C=C01-K2(3.15)
　　故有
　　Z′0=LC=L0C0（1-K2）=Z01-K2(3.16)
　　因此奇偶模特性阻抗Z0o、Z0e又為
　　Z0e=Z′01+K1-K=Z0（1+K）(3.17）
　　Z0o=Z′01-K1+K=Z0（1-K）(3.18）
　　以上分彆得齣瞭Z0、Z′0，Z0e、Z0o四個不同的特性阻抗之間的關係。
　　將式（3.17）和式（3.18）聯立求解，得
　　Z0e·Z0o=Z′20(3.19)
　　及
　　K=Z0e-Z0oZ0e+Z0o（3.20)
　　此兩式錶明瞭Z0e、Z0o、Z′0及耦閤係數K之間的關係，是十分重要的。式(3.19）說明瞭奇偶模特性阻抗雖然隨耦閤情況而變，但其乘積應等於存在另一根綫的影響時的單綫特性阻抗的平方。式(3.20）則更進一步說明瞭耦閤係數和奇偶模特性阻抗的關係。由此可知，將耦閤綫分解成奇偶模，不僅使分析過程簡化，而且的確說明瞭用奇偶模的特性參量是可以說明耦閤特性的。式（3.20)錶示當耦閤越緊時，Z0e和Z0o之間的差值應越大； 反之則應越小。當耦閤十分微弱，因而K→0時，則Z0o=Z0e。再考慮到式（3.19），並注意當K→
　　0時，Z′0=Z0，因而Z0o=Z0e=Zo。也就是說，當兩根微帶綫相距較遠，以緻耦閤相當微弱時，其奇偶模特性阻抗值就相互接近，並趨嚮於孤立單根微帶綫的特性阻抗。
　　根據第1章中所指齣的特性阻抗和分布電容的關係式（1.3)，奇偶模特性阻抗又可錶為
　　Z0e=1v+φC0e(3.21)
　　Z0o=1v-φC0o(3.22)
　　其中，v+φ、v-φ分彆為偶奇模相速，C0e、C0o則分彆為偶、奇模激勵時的單根綫的分布電容。
　　3.3非均勻介質的耦閤微帶綫
　　前節分析瞭均勻介質（空氣介質）的耦閤微帶綫情況。對於實際的微帶綫，由於存在介質基片而屬於非均勻介質狀態。這時微帶綫橫截麵空間分成空氣及介質兩部分，我們應考慮由此引起的影響。在討論單根微帶綫時，曾提齣過有效介電常數εe的概念，它錶示瞭介質對微帶的有效影響，並由εe可直接求得相速。對於耦閤微帶綫，也可采用此概念，但耦閤微帶綫和單根微帶綫有所區彆。εe說明瞭電場在介質中和在空氣中分布的相對比值。對於耦閤微帶綫，其奇偶模電場分布很不相同（這一點在下節要講到），介質基片的引入對電場的影響也不相同，如仍采用有效介電常數這一參量，則相應於奇偶模的情況應有不同的值εeo和εee，因此奇偶模的相速就不會相等，即
　　v+φ=cεee(3.23)
　　v-φ=cεeo(3.24)
　　其中，εee、εeo分彆為偶奇模的有效介電常數。
　　因v+φ≠v-φ，故從式（3.6)，已不能推齣KL=KC的關係，亦即KL≠KC。此時已不再存在一個統一的耦閤係數K，而應分彆考慮電感耦閤和電容耦閤兩種情況。同時也不能用式(3.20）錶示齣KL、KC對Z0e、Z0o的關係。但如把奇偶模參量稍加改變，則仍可建立起它們之間的聯係。假設令C0o(1）和C0e(1）分彆為空氣介質時的奇偶模分布電容，C0o(εr）和C0e（εr）分彆為引入相對介電常數為εr的介質時的奇偶模分布電容，則在有介質基片存在時，其奇偶模特性阻抗為
　　Z0e=1v+φC0e（εr）(3.25)
　　Z0o=1v-φC0o（

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