1、损耗的定义衰减常数实现低损耗的措施第三章常规共面波导结构共面波导结构及其场分布共面波导特性阻抗共面波导损耗常规共面波导结构的仿真第四章低损耗类共面波导结构开槽共面波导结构开槽共面波导结构的定性分析开槽共面波导的仿真验证重叠共面波导结构重叠共面波导的定性分析重叠共面波导的仿真验证嵌入式共面波导结构嵌入式共面波导的定性分析嵌入式共面波导的仿真验证本章小结第五章新型低损耗共面波导结构开槽重叠式共面波导开槽重叠式共面波导定性分析开槽重叠式共面波导仿真验证内导体嵌入式共面波导内导体嵌入式共面波导定性分析内导体嵌入式共面波导仿真验证本章总结第六章总结与展望本文工作总结本文工作展望参考文献附录攻读硕士学位期间撰写的论文致谢万方数据南京邮电大学硕士研究生学位论文第章绪论第章绪论研究背景和意义微波是指频率在对应波长𝜆𝑐𝑓⁄在和之间的交变电流信号。波长在毫米量级的信号，称为毫米波。目前，微波通信的发展趋势是更高频段的毫米波和亚毫米波。随着军事和民用通讯的飞速发展，尤其是无线移动通信市场的发展，对高频射频集成电路提出了新的要求，大力研制高性能微波电路就成为微波领域的个热点。而传输线在微波电路中既可用来传输信号，又可以构成微波器件，是微波电路的重要结构之。所以，从定程度上讲，微波传输线的发展对微波技术的发展起决定作用。世纪年代以前，微波系统依靠同轴线和金属波导作为传输媒介，所有的微波设备几乎都采用金属波导和同轴线构成电路。金属波导具有功率容量高损耗低等优点，但是它体积大而且价格昂贵。同轴线带宽宽，且便于实验应用，但当制作复杂的微波元件时用同轴线比较困难。世纪年代以后，平面传输线得到强势发展。微。
2、降低损耗有两大类方法，本文研究是保持使用材料不变，通过改进传输线结构来达到低损耗的目的。万方数据南京邮电大学硕士研究生学位论文第三章常规共面波导结构第三章常规共面波导结构共面波导结构及其场分布共面波导，最先由等人于年提出，可看作是槽线的变形，在槽线开槽处加入第三条导体，其三维结构和截面如图所示。带状线是从同轴线演化来的，共面波导与同轴线也有类似的地方，所以共面波导的导体可称为内导体和外导体。共面波导是种开放性的平面传输线结构，其基本结构是由介质基板与同侧的三条导体带构成，内导体作为信号传输线，两边外导体作为地线。如果两槽之间所加电场是反向的，则共面波导可以支持偶模反之，如果是同向电场，则支持奇模。共面波导传输线的突出优点是金属导体带都在同平面，接地不需要在基片上开槽或通孔，使其易与其它有源或无源微波器件并联或串联，并且介质衬底厚度对性能影响小等特点。所以，在混合微波集成电路和单片微波集成电路中，共面波导都得到了广泛的应用。内导体外导体图常规的三维结构和横截面图如图图所示，分别是共面波导偶模和奇模的电场线的分布。若电介质不存在𝜀𝑟，则此时共面波导是个传输线，其相速和相位常数与自由空间中的相同，即𝜐𝑝𝑐，𝛽𝑘。电介质的存在，特别是电介质没有填充带的上边区域的实际情况，使得共面波导的行为和分析复杂化。与带状线不同，在那里所有的场都包含在均匀的电介质区域，而在基片上方的空气区域只有少部分场力线。而共面波导的场部分在介质中部分在空气中，由于这个缘故，共面波导不能支持纯的波，在电介质区域的场的相速应该是𝑐𝜀𝑟⁄，常规三维图常规的横截面万方数据南京邮电大学硕士研究生学。
3、损耗的衰减常数近似地由式中，为导体带的厚度，𝐶𝑠表示材料参数，𝑍为特性阻抗，𝑓为工作频率。若把共面波导考虑成个准线，则源于介电损耗的衰减可以确定为𝑘是空气中的传播常数，它考虑了共面波导的场部分在空气中无耗部分电场在介质中这事实。常规共面波导结构的仿真对于共面波导，在介质定的情况下，其特性阻抗主要由内导体宽和缝隙宽所决定，因此不同组合的结构参数有可能产生相同的特性阻抗。如表所示，时，共面波导其它结构参数相同，而内导体宽度和内外导体之间的缝隙宽度不同的三组尺寸，它们的特性阻抗均在左右。表三组不同尺寸的共面波导编号内导体宽度内导体和外导体间隔特性阻抗𝑍因此，为了便于仿真分析，共面波导的两外导体之间的距离固定为。仿真结构建立在𝜀𝑟，𝑡𝑎𝑛𝛿的介质基板上，使用铜作为导体材料。改变内导体与外万方数据南京邮电大学硕士研究生学位论文第三章常规共面波导结构导体之间的缝隙宽度获得不同的特性阻抗，其它结构参数设置如下外导体宽度为，金属厚度为，介质基板厚度为。仿真得到的特性阻抗和衰减常数随缝隙宽度变化曲线如图图所示。特性阻抗缝隙宽图特性阻抗与缝隙宽度关系图𝑓与节定性分析不同的是，仿真时固定，如果缝隙宽度变化相应的内导体宽度也会变化，所以此时并不是单变化量。但是，不管是仅增大还是只有减小，由节分析知共面波导特性阻抗都增大。因此，缝隙宽度增大同时内导体带变窄时，特性阻抗增大。图中可以看出，特性阻抗随缝隙宽度增大而增大。此时两外导体间距离固定，缝隙宽度增大意味着内导体带变窄，即形状比减小。
4、指内导体带的宽度和内外两导体之间的缝隙宽度。得到式的过程复杂，且得到的结果也复杂难记，特性阻抗随结构参数的变化规律不直观。现在，保持使用材料内外导体间所加电压𝑈不变，应用节总结的特性阻抗随结构参数变化规律分析共面波导的特性阻抗与结构参数的关系如下共面波导的缝隙宽度相当于图中两导体的距离，增大，其它结构参数不变。跟据式，两导体间电压不变，此时应减小，又波阻抗𝑍𝑤𝐸𝐻⁄不变，则减小。对式中的环线积分，变化前后取样的路径，则传输线上的电流减小，由公式𝑍𝑈𝐼⁄可知，此时𝑍增大反之亦然。即特性阻抗随形状比的增大而增大。仅增大导体的横截面积，如金属厚度增加或者内导体带变宽，此时电场磁场和缝隙宽度不变。式中环线积分路径变大，导体上的电流增大，特性阻抗𝑍减小反之亦然。综上可见，从式不能轻易得出共面波导特性阻抗与结构参数的变化规律，而节中多导体特性阻抗电路分析法却能直观地简单准确地得到结构参数对共面波导特性阻抗的影响，进步证明了这种方法的实用性。共面波导损耗共面波导的损耗与其尺寸使用材料及工作频率有关。同样的，共面波导的损耗主要包括三部分导体损耗介质损耗辐射损耗。常规结构的共面波导可用阻抗范围是，由万方数据南京邮电大学硕士研究生学位论文第三章常规共面波导结构节讨论可知，若两外导体间距离固定不变，共面波导的特性阻抗高时，缝隙宽度很大即内导体宽度很小，会导致导体上电流密度大，热损耗严重低阻抗时缝隙宽度很小即内导体宽度很大，电场分布不均匀，集中于导体边缘区域，也会导致较高的导体损耗。所以，存在个缝隙宽度使得共面波导的损耗最小。共面波导的欧姆损耗可以通过的增量电感公式计算，源于导体。
5、波平面传输线克服了金属波导和同轴线的缺点，提供了另种选择。微波平面传输线有多种形式，例如微带线悬置微带线倒置微带线槽线鳍线共面波导等，这些传输线都是由微带线发展而来的，根据不同的用途，采用不同的微波平面传输线。微带线由实验室提出，第个微带线制作在相对较厚的电介质基片上，它不能传输模式而且存在线上的频率色散。这特点使它不如带状线那样受人关注，这种情况直到世纪年代，使用薄介质基片以后才得以改变。薄衬底降低了微带线的频率色散特性，其逐渐取得了广泛的应用，现在微带线已经是微波电路中非常重要的种传输线。年博士提出的槽线是由微带线发展而来的，按平面传输线的流行程度而言，早期槽线可能是排列在微带线和带状线之后的个。它由位于介质基片侧的接地导体面上的条细缝构成。因此和微带线相同，槽线的两块导体允许传播准类型的模式，改变槽的宽度可以改变槽线的特性阻抗。后来，学者相继提出了悬置微带线及倒置微带线，这两种变异的微带线衰减较低，因为电磁场大部分处于空气中，基片往往只起支撑作用。这两种微带线仍然保持了主模为准模的传播方式，具有低色散特性。鳍线有单侧低电阻值，从而降低导体损耗。增加导体横截面积措施有增加金属厚度宽度等。介质损耗是因为电场渗透进介质中造成的，所以刻蚀掉电场集中处的那部分介质材料，使电场更多的分布在空气中，或者用绝缘性好的介质替换电场集中处的那部分介质，都能有效地降低介质对损耗的影响。另外种常用的降低介质损耗的方法是在金属与介质基板间插入层绝缘性好的介质材料，阻隔电场向基板的渗透以减小介质损耗。辐射损耗，可以多采取些近似封闭的结构，将电场限制在个区域以减少能量损失。从传输损耗产生原因可以看出。
6、论文第三章常规共面波导结构但是空气区域中的场的相速却是𝑐。这样，在电介质空气分界面上不可能实现波的相位匹配。且共面波导两槽之间的电场𝐸是同向还是反向决定了其支持偶或奇的准模。图共面波导偶模电场线图共面波导奇模电场线共面波导特性阻抗相对介电常数，也称为相对电容率，是在相同的原电场中介质中的电容率与真空中的电容率的比值，个电容板中充入介电常数为𝜀𝑟的物质后电容变大𝜀𝑟倍。共面波导的场线部分分布在电介质区域，部分分布在空气区域，相当于处在种混合介质中。因此，定义相对有效介电常数𝜀𝑒，它满足关系𝜀𝑟。根据传输线理论，特性阻抗表示为𝑍𝐿𝐶⁄，其中，分别是共面波导单位长度的分布电感和分布电容。如果传输线的场全部分布在相对介电常数为𝜀𝑟的介质中，则它的分布电容比空气中的增加𝜀𝑟倍，特性阻抗相应的减小𝜀𝑟倍。如果电介质不存在𝜀𝑟时，共面波导的特性阻抗为𝑍。有电介质后可认为场分布在相对介电常数为𝜀𝑒的介质中，则特性阻抗可表示为万方数据南京邮电大学硕士研究生学位论文第三章常规共面波导结构等人在假定介质基底厚度无穷大的情况下，用保角变换法对共面波导作了准静态分析，同时，对有限厚度衬底上的共面波导也作了准静态近似分析。对等人的共面波导准静态结果进行修正，可以得出有限介质厚度的特性阻抗公式。𝜀𝑟时，共面波导的特性阻抗为式中𝑐是光速，𝜀是空气的介电常数，为形状比，为第类完全椭圆积分其中𝑘。将式代入式得常规结构共面波导的特性阻抗为可见共面波导的特性阻抗主要由共面波导自身的几何尺寸和介质基片的介电常数𝜀𝑟决定。其中几何尺寸主要是。
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