平面傳輸線用於在絕緣的平面基板上傳輸各種模擬、射頻和數位訊號,頻率從千赫茲到數百兆赫不等。平面傳輸線由具備一條或多條平行金屬跡線的單層或多層金屬跡線構成。常見的平面傳輸線類型有:帶狀線、懸浮帶狀線、微帶線、共面波導,槽線和像線,包括對應類型的一些變體。不同類型的平面傳輸線的主要傳輸模式、最大頻率、特徵阻抗範圍和空載Q值也不同。
平面傳輸線的類型
帶狀線:置於電介質襯底中,介於兩個接地面之間的「帶狀」導線。
懸浮帶狀線:一條懸置於接地面之間的帶狀線,氣隙位於帶狀線的上方和下方。
微帶線:在電介質襯底頂部的帶狀導線,並在基板下方具備接地面。
共面波導:兩個接地面平行的帶狀導線,且在同一電介質襯底上置於帶狀體的兩側。
槽線:在電介質襯底的同一平面上隔離兩條金屬跡線的槽。
鰭線:槽線旋轉+/- 90度插入矩形金屬波導的E平面。
像線:在金屬質平面上帶有電介質的電介質平板波導。
通常來說,平面傳輸線的外部、頂部或底部跡線與內部跡線接地,作為信號跡線。這些物理結構促使了各種傳輸線模式的開發,即:橫電磁(TEM)模、橫電(TE)模、橫磁(TM)模、準TEM模,縱截面電(LSE)模和縱截面磁(LSM)模,具體取決於平面傳輸線的配置。
平面傳輸線的電性取決於場力線在空氣和襯底(電介質)中的分布情況,以及場力線與信號和接地跡線或金屬層的耦合方式。
平面傳輸線的主導模式
帶狀線:橫電磁(TEM)模
懸浮帶狀線:橫電磁(TEM)模、準TEM模
微帶線:準TEM模
共面波導:準TEM模
槽線:準TE模
鰭線:縱截面電(LSE)模、 縱截面磁(LSM)模
像線:橫電(TE)模、橫磁(TM)模
最大頻率(典型值)
帶狀線:60 GHz(吉赫)
懸浮帶狀線:220 GHz
微帶線:110 GHz
共面波導:110 GHz
槽線:110 GHz
鰭線:220 GHz
像線:>100 GHz
特性阻抗範圍(襯底相對介電常數為10)
帶狀線:30 – 225 Ohm(歐姆)
懸浮帶狀線:40 – 150 Ohm
微帶線:10 – 110 Ohm
共面波導:40 – 110 Ohm
槽線:35 – 250 Ohm
鰭線:10 – 400 Ohm
像線:~26 Ohm
空載Q值(襯底相對介電常數為10)
帶狀線:~400
懸浮帶狀線:600 @ 30 GHz
微帶線:250 @ 30 GHz
共面波導:300 @ 30 GHz
槽線:200 @ 30 GHz
鰭線:550 @ 30 GHz
像線:2500 @ 30 GHz
帶有「鬆散」場力線的平面傳輸線也可能與襯底上的金屬層或附近的任何金屬外殼或結構耦合。這可能會導致平面傳輸線出現額外的、所不希望的偽模式。因此,存在各種平面傳輸線類型及其變體,它們在信號跡線附近甚至完全圍繞信號跡線使用緊密耦合的接地結構。儘管這些緊密耦合的傳輸線往往伴隨較高的導體損耗,但它們同時也伴隨著較低的輻射損耗、更好地抑制偽模式以及更高的頻率性能。對更大的接地或屏蔽的權衡有:額外的成本、重量以及可能會增加襯底和金屬層製造公差的性能靈敏度。
每種傳輸線類型及其變體的製造也存在多種多樣的複雜性。例如,單層上只有表面跡線的平面傳輸線——比如標準共面波導或槽線等,與需要兩層金屬或接地共面波導、且通過其金屬化通孔將表面接地跡線連接至地底層的微帶線相比,可能成本更低,也更易於製造。
常見的帶狀線變體
懸浮帶狀線
雙側懸掛帶狀線
雙導線
常見的微帶線變體
懸浮微帶
倒置微帶
內置微帶
限波倒置微帶
常見的共面波導變體
底部接地或共底共面波導(GBCPW或CBCWG)
接地共面波導 (GCPW)
共面帶
嵌入式共面帶
常見的槽線變體
對立槽線
雙側槽線
常見的鰭線變體
單側鰭線
雙側鰭線
對立鰭線
強耦合對立
絕緣
資源
Jarry,Pierre;Beneat,Jacques,《小型分形微波和射頻濾波器的設計與實現》,Wiley,2009 ISBN 0-470-48781-X。
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Wanhammar,Lars,《MATLAB模擬濾波器的運用》,Springer,2009 ISBN 0-387-92767-0
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