微带线

✍ dations ◷ 2025-04-03 17:31:42 #微波技术

微带线(英语:Microstrip)是一种传输线,可以做成印刷电路板上用来传输微波信号的线路。它由导线、地以及介质层组成。诸如天线、耦合器、滤波器、功率分配器等可由微带线构成。微带线比传统的波导技术更便宜、更轻、更紧凑。微带线由ITT实验室开发,作为带状线的竞争者(Grieg和Engelmann在1952年12月IRE会议记录中首次发表)。

与波导相比,微带的缺点是通常较低的功率处理能力和较高的损耗。而且,与波导不同,微带不是封闭的,因此易受串扰和辐射的影响。

为了降低成本,PCB上通常使用FR-4当基板。然而FR4的介电损耗在微波频率下太高,并且介电常数没有被充分严格控制。由于这些原因,通常使用氧化铝基板。在较小规模上,微带传输线也构建在单片微波集成电路中。

微带线也用于高速PCB设计,其中信号需要从组件的一部分路由到另一部分,具有最小的失真,并且避免高串扰和辐射。

微带线是平面传输线的一种,其他包括带状线和共面波导,并且可以将这些不同类型的传输线集成在同一基板上。

差分微带线通常用于高速信号,比如DDR2 SDRAM时钟、USB高速数据线、PCI数据线、LVDS数据线等,并且通常都在同一个PCB里。大多数PCB设计工具都支持这种差异对。

微带线的设计是不对衬的,其介质是不均匀的。由微带线承载的电磁波部分地存在于介电基板中,另一部分则在上方的空气中。基板的介电常数通常比空气电容率更大,使得电磁波在非均匀介质中行进。这使得电磁波传播速度介于空气以及电介质之间。这种情况需要由效相对介电常数来描述。

不均匀介质的影响包括:

Wheeler开发了微带线的准静态特征阻抗的闭合近似表达式:

其中 w e f f {\displaystyle w_{\mathrm {eff} }} 0 是 自由空间阻抗,r 是 对介电常数 的衬底, 是宽度的条, 是衬底上的厚度, 是导带的厚度。

这个公式是渐进,以一个确切的解决方案在三个不同的情况下

它声称,对于大多数其他情况下,错误在阻小于1%,而总是少于2%。 通过涵盖所有方面比在一个公式,惠勒1977年改进了轮1965年 给一个公式 w / h > 3.3 {\displaystyle w/h>3.3} 和另一对 w / h 3.3 {\displaystyle w/h\leq 3.3} (因此引入不连续性的结果 w / h = 3.3 {\displaystyle w/h=3.3} 条)。

奇怪的是, 哈罗德勒 不喜欢这两个条款'微带'和'特征阻',并避免使用他们在他的论文。

其他一些近似的方式为特征的阻抗已通过其他作者。 然而,大多数的这些都是仅适用于有限的范围方面的比率,或者别的复盖的整个范围内分段的。

特别是,设置公式提出的Hammerstad的, 谁会修改在惠勒的, 也许是最经常被引用:

其中, ε eff {\displaystyle \varepsilon _{\textrm {eff}}} 是有效介电常数:

为了构建完整的电路,通常需要微带线的路径转过大角度。 微带线中突然90°的转弯会导致大量的反射。实现低反射拐角的一种方法是将微带线的路径弯曲半径至少为微带线3倍宽度的弧形。 然而,更常见的技术并且能减少衬底面积的技术是使用斜纹弯曲。

第一近似值,突然联合国-mitred弯曲表现为一个分流的电容之间放置的地面和弯曲的条。 Mitring弯曲减少了该地区的金属化,所以删除多余的电容。 该百分比mitre是切开的部分的对角线之间的内部和外部角的联合国mitred弯曲。

最佳米特为一个范围广泛的微带的几何形状已经通过实验确定,通过碳排放和詹姆斯。 他们发现一个适合最佳的百分比mitre由

w / h 0.25 {\displaystyle w/h\geq 0.25} 和与基介电常数 ε r 25 {\displaystyle \varepsilon _{r}\leq 25} 中。 这个公式是完全独立的 ε r {\displaystyle \varepsilon _{r}} 中。 实际范围的参数碳排放和詹姆斯的证明是 0.25 w / h 2.75 {\displaystyle 0.25\leq w/h\leq 2.75} 2.5 ε r 25 {\displaystyle 2.5\leq \varepsilon _{r}\leq 25} 中。 他们报告 驻波比 的比1.1(即返回的损失比 −26 dB)的任何百分比mitre内的4%(原 d {\displaystyle d} )是由该公式。 在最小 w / h {\displaystyle w/h} 0.25个百分比米特为98.4%,因此该条是很近通过削减的。

对于这两个弯曲并mitred弯曲、电长度是有点短于物理路长度的条。

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