微带传输线的特性分析

其 中 ， ／ 为 该 金 属 线 的 磁 导 率 ， 一 般 为 ． ｚ ４ｒ １～Ｈ／ ｒＸ ０ ｍ。从 上 式 可 以发 现 ，趋 肤 深 度 跟 工 作 频 率 的平 方 根 成 反 比 ，随 着 工 作 频 率 逐 渐 升 高 ，趋 肤 深 度 将 急 剧 减 小 。 当 工 作 频 率 很 高 时 （ 得 《 ａ） 使 ，通 过 交 流 电流 的 金 属 线 的 阻抗
成， 其基片 的厚度为 ｈ 中心 导带的宽度为 Ｗ， ，
厚 度 为 ｔ 空 气 介 质 的微 带 线 为 双 导线 系 统 ， 。 且 周 围 是均 匀 的 空气 ， 凶 此 它 可 以 存 在 无 色 散
பைடு நூலகம்・３４ ・
基片相对介 电常数为 ２ ｌ ～ ０之 问 ， 多层 Ｐ ＣＢ选
择 ｈ ０３ ｍ，双 面 Ｐ ＝ ．ｒ ａ ＣＢ 选 择 基 板 厚 度 ｈ ｌ ＝ ｍｍ
传 输 线 是 一 种 应 用 十 分 广 泛 的传 输 线 。随 着 装
虽 然 实 际 的微 带 线 结 构 上 是双 导线 系 统 ， 但 由 ｊ存 在 两 种 不 同 介质 的 分 界 面 ， 电磁 波 的 ： 传 输 模 式 已发 生 改变 。通 过 麦 克 斯 韦 方 程 组 以
及 电磁 场 的 边 界条 件 町 以证 明 ，在 两 种 不 同介
备 小 型 化 、 高 速 率 的现 实 需 求 ， 对 微 带 器 部 件
以及 Ｐ Ｂ 设 计 的性 能 要 求 更 高 。 带 传 输 线 的 Ｃ 微
质 的传 输 系 统 中 ， 可 能 存 在 纯 的 Ｔ Ｍ 模 ， 不 Ｅ
仅 当 《 （） ３
ｚ去 ｏＬ １ Ｖ 口
容 为 。 则 其 特 性 阻抗 为 ，
㈩
＝
４ｒ－ ￣／ ｃｚ ｒ ｆ
其 中 ，Ｖ 为微带线 的相 速度 ，Ｃ 为单位长 ． １
度 分 布 电容 。空 气 微 带 线 中 传 输 Ｔ Ｍ 模 的相 Ｅ 速度 Ｖ ＝Ｖ 光 速 ） 。（ ，并假 设 单 位 长 度 分 布 电
图 １ 微 带线 结 构
ｆ －（ １ ｏ ）
一
ｈ（ … ）
（） １ …
微 带 线 的 结 构 如 图 １ 示 ， 它 是 由介 质 基 所 片 的 一 边 为 中 心 导 带 ， 另 一边 为 参 考 平 面 所 构
通 常 射 频 电 路 采 用 ５ 的 特 性 阻抗 设 计 ， ０Ｑ
１
月Ｊ吾 Ｉ
的横 电磁 波 （ Ｅ ） 实 际 的微 带 线 是 制 作 在 Ｔ Ｍ 。 介 质 基 片 上 的 ，上 面 是 空 气 介 质 ，下 面 是 介 质
基板 。
在 通 信 系 统 的 印 制 电路 板 （ Ｃ 设 计 中 ， Ｐ Ｂ） 元 、器 件 之 间 高 速 信 号 的 管 脚 相 互 连 接 常 常 采 用 微 带 传 输 线 ，某 些 阻 抗 匹 配 电 路 或 有 源 、无 源 的器 件 也 是 采 用 微 带 传 输 线 实现 ， 因此 微 带
得微 带线 的特性 阻抗 Ｚ 和 将 随频率变化 ， ｎ 我
们 称 这 种 现 象 为 色 散 。 频 率 越 高 ， 则等 效 介 电
常 数 越 大 ，相 速 度 越 小 ，特 性 阻抗 越 低 。 但 当
频率低 于某一个 临界值 ． 时，微带线 的色 散 ¨ 厂 ｎ
以 不 予 考 虑 ，其 临 界频 率 ． 的近 似 值 为
可 表 示 为
ｚ去 ｏＬ 叭
介 质 微 带 线 中 传 输 Ｔ Ｍ 模 的 相 速 度 Ｅ
：
—
－ ｆ ，
≈
（） ４
Ｖ＝ｏ√ ｖ／ ，并假设单位长度上分布电容为
＝
效 ￣ ｒ ６ 如ｃ ２ ｒｃ ２ａ 在 射 频 条 件 下 ， 随 着 工 作 频 率 的升 高 ， 阻 抗 值 会 偏 离 理 论 值 ，设 计 微 带 传 输 线 时 必 须 考 虑 趋 肤 效 应 的影 响 ，微 带 线 的 宽 度 可 以适 当 加
电 信 技 术 研 究
总第 ３ ８期 ６ Ｒ Ｓ ＡＲ Ｈ Ｏ Ｔ Ｌ ＣｏＭＭ Ｕ Ｃ Ｉ Ｔ Ｃ ＥＥ Ｃ Ｎ Ｅ Ｅ ＮＩ ＡＴ ｏＮ Ｅ ＨＮＯＬ ＯＧＹ ２ 年 第 ４期 ０ １ １
微 带传 输 线 的特 性分 析
朱海 涛 汪 勇 张 帅
摘 要 ： 分析微 带传输 线的 色散特 性随频率 的变化 情况 ，利 用 Ｈ Ｓ 仿 真工具给 出微 ＦＳ 带传输 线 中电场、磁场 能量的分布 图，讨论 趋肤效应对微 带传输 线的阻抗影响 ，并结合 传输 线理论 以及 Ｈ ｍ ｒ ａｔ ａ ｍｅｓ ｄ 经验公 式计 算 了微 带传输 线的特 性 阻抗 。 ｔ 关键词 ： 微 带传输 线； 色散特 性；趋 肤效应 ；特性 阻抗
的微 带 线 。 图 ２ 给 出 了介 质 基 板 厚 度 分 别 为
电 信 技 术 研 究
总第 ３ ８期 ６ Ｒ Ｓ ＡＲ ＯＮ Ｅ Ｅ Ｅ Ｅ ＣＨ Ｔ Ｌ ＣＯＭＭＵ Ｃ Ｉ Ｔ Ｃ ＮＩ ＡＴ ＯＮ Ｅ ＨＮＯＬ ＯＧＹ ２ １ 年第 ４期 ０ １
金 属 线 的趋 肤 深 度 ，其 表 达 式 为
而 只 能 存 在 横 电 波 （ Ｅ）和 横 磁 波 （ Ｍ ） 的 Ｔ Ｔ
性能往往 直接决 定了 Ｐ ＣＢ 的信 号 完 整 性 ， 至 乃 整个设备 的性能指 标 。
混 合模 …。 当 传 输 信 号 的 频 率 比 较 低 时 ， 传 输 模 式 类 似 于 Ｔ Ｍ 模 ，称 为 准 Ｔ Ｍ 模 ，并 可 以 Ｅ Ｅ
用 准 静 态 法 分 析 微 带线 的特 性 阻抗 和 等 效 介 电
２ 微 带 传 输 线 的 特 性 分 析
２１微 带传 输 线 的色 散特 性 ．
常 数 等 参 数 。 当传 输 信 号 的 频 率 比较 高 时 ，微
带 线 的传 输 模 式 不 是 Ｔ Ｍ 模 ，而 是 混 合 模 。 Ｅ 微 带 线 中 的 电磁 波 的速 度 是 频 率 的 函数 ， 它 使