5GHz微带线谐振器资料.pdf
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1、实验报告 实验名称 :微带谐振器 学院:材料科学与工程 专业/班级:材料科学电子元器件1 班 学生姓名 : * 学号: 指导教师 : * 开始时间 : 2012 年 4 月 3 日 完成时间 : 2012 年 5 月 6 日 实习地点 : 现场表现(出勤、 纪律) (20) 实习任务完成情 况(30) 报告书质量( 50) 总评 实习报告 - 1 - 目录 摘要2 第一章微波简介 3 1.微波简介 2.微波谐振器简介 3.低频电路 LC 回路高频电路谐振腔 4.从 LC 回路到谐振腔的演变过程 5.几种常见的实用的微波谐振器 第二章设计过程 .7 1.所设计谐振器需满足参数 2.初步确定设计谐
2、振器的类型 3.微带线简介 4.一些材料的介电常数和损耗角正切 5.确定基片和中心导带 6.微带线匹配问题 7.Sonnet 软件仿真 8.模拟 Q 值与计算Q 值比较 第三章设计微带线制作的工艺步骤 .19 1.钛酸钡陶瓷制备总工艺流程 2.钛酸钡陶瓷粉粒的制备 3.钛酸钡粉粒的烧结 4.中心导带的制作真空镀膜 参考文献 .21 实习报告 - 2 - 摘要 微波谐振器是微波系统中的一个最基本的元件,广泛应用于振荡器、放大器、 滤波器、 频率计等器件中。微波谐振器的工作情况和电路理论中的LC 集总参数谐振电路类似,在 微波电路中也起着储能和选频的作用。微波谐振器的结构形式很多,既可由TEM 波
3、和非 TEM 波传输线构成,也可由非传输线的特殊腔体构成。 实习报告 - 3 - 第一章微波简介 1.微波简介 微波是指频率300MHz-3000GHz 的电磁波,是无线电波中的一个频段,即波长在 米(不含 1 米)到 0.1 毫米之间的电磁波,是分米波、厘米波、毫米波和亚毫米波的统 称。微波频率比一般的无线电波频率高,通常也称为“超高频电磁波”,微波作为一种 电磁波具有波粒二象性。 微波的基本性质通常呈现为穿透、反射、吸收三个特性。对于玻璃、塑料和瓷器, 微波几乎是穿越而不被吸收。对于水和食物等就会吸收微波而使自身发热。而对金属 类东西,则会反射微波。 实习报告 - 4 - 2.微波谐振器简
4、介 微波谐振器, 广泛应用于微波信号源、微波滤波器及波长计中。它相当于低频集中 参数的 LC 谐振回路,是一种基本的微波元件。 微波谐振器可由一段两端短路或两端开路的传输线段组成,电磁波在其上呈驻波分 布,即电磁能量不能传输,只能来回振荡。 因此微波谐振器是具有储能与选频特性 的微波元件。 微波谐振器的应用举例 实习报告 - 5 - 3.低频电路 LC 回路 高频电路谐振腔 本质上两者物理过程均是电场能量和磁场能量相互转化的过程,但二者又有不同的特点: 、 LC 回路是集总参数电路,而谐振腔是分布参数电路; LC 谐回路只有一个振荡模式和一个谐振频率;而谐振腔有无限多个振荡模式和无限多 个振荡
5、频率。 这些差异使用来分析和衡量谐振回路的基本参量及分析方法有所不同。例如谐振频率f0、 品质因数Q、特征阻抗Z0。 LC 谐振器在高频微波段缺点: a. 尺寸变小,储能空间小,容量低; b. 损耗增加:辐射损耗、欧姆损耗及介质热损耗增大,品质因数低,频率选择性差。 谐振腔高频微波段优点: 小型化、轻便化、高频化、低功耗化、低成本化 4.从 LC 回路到谐振腔的演变过程 LC fa o 2 1 )( N,d C,L,f0 )b( 实习报告 - 6 - 5.几种常见的实用的微波谐振器 同轴谐振器: /2 同型同轴谐振腔 /4 同型同轴谐振腔 电容加载型同轴谐振腔 波导谐振腔: 矩形谐振腔 圆柱谐
6、振腔 带状线与微带线谐振器: 带状线谐振器 微带线谐振器 介质谐振器 并联N,d fo )c( )d( 连续N,d f 0 )e( d f0 实习报告 - 7 - 第二章设计过程 1.所设计谐振器需满足参数: ?中心频率f0:5GHz ?尺寸: 4x3x1(mm) ?品质因数Q80 ?阻抗: 50 2.初步确定设计谐振器的类型 3.微带线简介 一般的传输线由两个或两个以上的导体组成,用来传输横电磁波(TEM 波) ,常见的传输 线有双线、同轴线、带状线和微带线等。其中,微带线是最普遍使用的平面传输线之一, 微带线可以用光刻工艺制作,并且易于与其他无源和有源器件集成,因此被广泛应用于印 刷电路板
7、中。 微带线的几何形状如图(a)所示,导带的宽度w 是印在薄的、接地的介质基 片上,基片的厚度为d,相对介电常数,电磁场示意图如图(b)所示。 实习报告 - 8 - 微带线是一根带状导 (信号线 ) 与地平面之间用一种电介质隔离开。如果 线的厚度 t 、宽度 W以及与地平面之间h 的距离是可控制的,则它的特性阻抗 Z0 也是可以控制的。 微带线可以看成是由同轴线演变而来。其演变过程为:把同轴线的外导体 对半剖开去其一半,并把剩余的一半外导体向上或向下拉开展平,然后把内导 体作成扁平状态。 同轴谐振腔有 /2 、/4 型。因此设计微带线也有这两种类型。 其中中心导带的长度约为l= 0/4 或 l
8、= 0/2 。 实习报告 - 9 - 4.一些材料的介电常数和损耗角正切 此图表摘自微波工程(第三版)美David M.Pozar 著 P.588 实习报告 - 10 - 5.确定基片和中心导带 由前面中心导带长度l 计算公式和 r 和 0 关系式知道,如果选用材料的 r 过大,则会使 l 过小,不利工艺加工;如果过大则不满足尺寸要求,综合以上 信息考虑,选取r 大致为 36 的钛酸钡作为基片。 同时确定中心导带金属为金,金在空气中不易氧化,在镀 膜工艺时不易氧化,延展性,导热性方面都具有良好的性能。其中中心导带的 厚度为 t=0.01mm,宽度 W=1.00mm。基片厚度为 d=1.00mm
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