微波传输线

微带线

微带线

微带线是将导体线路印刷在一块介质基板上，导体线路的一面通过导体粘结在基板上，另一面则暴露在空气中。宽度为 的导体印制在薄的、厚度为d、相对介电常数为 的接地电介质基片上。

优缺点

微带线的优点在于制作简单、安装方便、成本低等优点，适用于高频段的传输，容易与其他无源和有源微波器件集成。

微带传输线的缺点在于辐射损耗和干扰。场泄露的严重程度和相对介电常数有关。电位移 。

特性分析

当电介质不存在时（），可把这个微带线看作为均匀介质（空气）中的双线传输线。在这种情形下，应有一个简单的 TEM 传输线，其 ，。

电介质的存在，尤其是电介质未填充带的上方区域 (y> d) 的事实，使得微带线的特性和分析非常复杂。微带线不支持纯 TEM 波，因为在电介质区域的 TEM 场的相速应是 ，但空气区域中的 TEM 场的相速却是 。因此，在电介质-空气分界面上不可能实现 TEM 的波的相位匹配。

实际上，微带线的严格场解是由混合 TM-TE 波组成。由于其电介质基片非常薄的（），因此其场是准 TEM 的。由此可由静态或者准静态解得到其相速、传播常数和特征阻抗。

微带线相速计算式

为光速； 为微带线的有效介电常数。

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微带线传播常数计算式

为信号角频率； 为微带线内相速度； 为微带线的有效介电常数。

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有效介电常数、特征阻抗和衰减的计算公式

微带线的有效介电常数可以解释为一个均匀媒质的介电常数，

均匀媒质的介电常数

为相对介电常数； 为导体到地的距离； 为导体的宽度。

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微带线阻抗可以按照以下的方式进行计算。

微带线特征阻抗计算方法

在计算微带线特征阻抗前，需要先计算其等效介电常数。

微带线等效介电常数计算式

为基材的相对介电常数； 为微带线距离底的高度； 为微带线的宽度。

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在极限情况下可以将微带线等效介电常数进行近似。

极限情况下微带线等效介电常数近似

为相对介电常数。

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随后根据条件将上述两个参数代入公式即可，

微带线特征阻抗计算式

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若给出固定的 ，则也可以通过这个公式去计算微带线宽度 。

相速度是频率的函数，会导致脉冲失真。随着频率的增加，磁通线更加集中在基底区域。

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如果把微带线考虑为一个准 TEM 线，其损耗来自两个部分，一个部分来自介电损耗，另一个部分来自导体损耗。

微带线源于介电损耗的衰减

为无损传输线真空中的传播常数； 为有效介电常数； 为相对介电常数；

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微带线源于导体损耗的衰减

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共面波导

共面波导

共面波导由一个中央条带组成，两侧是两个承载返回电流的金属半平面。外导体可以视为接地，但不需要明确接地。假设衬底足够厚，实际上这意味着衬底厚度比条带宽度 W 和金属间距 S 大两倍或三倍，CPW 的电特性完全由横向尺寸决定，因为所有金属化位于一层上。

共面波导解决了微带线对基材厚度变化敏感的问题。

相对于微带线和带状线，共面波导的特点是结构简单、宽带、低损耗、易于与其他微波元器件进行集成等优点，适用于集成电路中高频段的传输。

波导就像是一个高频滤波器，对于低频信号有较高的衰减（attenuation）。

共面波导阻抗计算

共面波导阻抗计算方法

CPW 中的场以及电磁能量几乎在空气和电介质之间平均分配，尤其是当间隙相对于电介质厚度较小时。在计算 CPW 特性阻抗时需要先计算以下两个参数。

CPW 的有效相对介电常数及其中央条带相对占比参数 。

CPW 的有效相对介电常数

为基材的相对介电常数。

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对于 h/s ≥1，精确度为 1.5%。而参数 则是由以下公式进行计算。

CPW 的有效相对介电常数参数 k 计算式

为中央条带的的宽度； 为中央条带两旁的空气的宽度。

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通常来说我们会使用简化的 CPW 的相对介电常数计算式。由此可以得出 CPW 的特性阻抗为，

CPW 特性阻抗计算式

为椭圆积分，，，计算其比例 较简单； 为 CPW 的相对介电常数。

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CPW 特性阻抗计算式中椭圆积分比例计算式

为 CPW 有效相对介电常数计算式中的参数；

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微带线和共面波导的比较

微带线和共面波导的比较