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微波电路设计者往往不仅要选择不同的设计和基材,还要选择传输线形式。带状线对于某些元件和电路而言有其自身的优势,而带状线则常用于有源和无源微波电路。但是,什么时候选择共面传输线呢?
共面传输线技术与其它高频印刷电路板(PCB)传输线法(例如带状线和微波传输带)相比有何优势?带状线常被描述为“扁平同轴电缆”,其导体在介质 对于带状线和微带传输线,电介质层厚度的选择会直接影响传输线的结构。在这两种情况下,阻抗取决于接地层和信号导体被电介质层隔开的距离。然而,在电路尺寸与同轴连接器或者器件引脚不兼容、导体的线宽可能太宽而无法满足器件引脚的要求,这就会带来不便。有些设计者会将导体设计成锥形,这样就能够在导体和引脚或者连接器之间建立机械连接,但是这种方法极难保证阻抗的连续性。 共面传输线技术提供了一种将信号从PCB传输到连接器或者器件引脚上,而不致使阻抗发生变化(在频率较高的情况下,阻抗变化会引起信号反射)的方法。顾名思义,共面传输线的接地导体与信号导体共面。阻抗受信号导体的线宽和信号导体与接地面之间的间距决定。因此,即使缩小了信号导体的宽度以便适应某个引脚,阻抗也可以保持在某一恒定值(例如50 Ω),并且无需改变介电基板的厚度就可以让阻抗保持不变。共面传输线具有多种配置,包括传统共面波导(CPW)和接地共面波导(CPWG)。由于它们可以很轻松地让信号从较宽的传输线转换到较窄的终端,而无需改变介电材料的厚度,所以它们被广泛用于CPW测试探针以便完成分立式和集成式电路的在片测试。
(接地共面传输线的电场截面图) 就建模而言,CPW传输线常被视为被两个窄缝将其与接地面隔开一定距离的金属导电带。金属带片有一个宽带尺寸(W),窄缝也有一个宽带尺寸(s)。沿铅垂面方向,CPW传输线是沿垂直面对称的。导体和接地面被介电材料隔开。如果相对于厚度小得多的导体而言,电介质被认为是无限厚的话,那么CPW的结构就可以类似于其间填充有介电材料的平板电容器。 当然,CPW导体的厚度有限,并且CPW电路存在导体损耗和介质损耗。大多数大型高频设计套件,例如Agilent Technologies公司(www.agilent.com)推出的ADS软件和AWR公司(www.awrcorp.com)推出的微波办公室,都采用CPW传输线模型。甚至某些专用分析程序,(例如MathWorks公司(www.mathworks.com)推出的Simulink工具)和(例如Sonnet Software公司(www.sonnetsoftware.com)推出的Sonnet套件中包含电磁仿真器),都是有效的CPW电路建模工具。
基于CPW的电路可以提供优于其他传输线技术的优势,特别是在需要锥形导体以便于转换的时候。CPW支持一系列阻抗值,这样就能够利用一种PCB结构 基于CPW的电路所用的层压材料,应该具有能够严格控制材料厚度和介电常数,方可确保加工CPW电路阻抗的一致性。罗杰斯RO4000®系列高频电路材料,例如RO4003C™和RO4350B™材料,提供了稳定的机械和电气特性,从而使其成为CPW电路设计的基材的理想选择。在10 GHz的频率下,前者的z轴介电常数为3.38,后者为3.48,两者整板尺寸的公差都控制在±0.05以内。
这两种材料都属于碳氢化合物陶瓷层压板,可以利用FR-4材料所用的低成本生产工艺进行加工,只是它们属于面向更高频率应用的基板。除了通过控制介电常数来获得稳定的阻抗以外,它们还具有与金属铜箔相近的热膨胀系数(CTE),这样铜箔就会和介质材料一起随着温度的变化而热膨冷缩。在需要金属化过孔(PTH)连接多层板结构应用,
多层电路被越来越多地用于频率较高的应用,并且这些电路结构通常采用多种传输线技术,例如CPW和微波传输线
为了帮助设计者使用RO4003C和RO4350B或者其它材料用于CPW电路,罗杰斯推出了MWI-2010微波阻抗计算器软件,该软件可以从网站(www.rogerscorp.com/acm)上免费下载。该软件能够计算基于罗杰斯高频电路材料计算传输线参数,并且还可以计算微波传输线
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