學(xué)習(xí)下微帶線的不連續(xù)性和解決方法

在射頻電路設(shè)計(jì)中，微帶線是最常用的一種傳輸線，從某種角度來說，微帶線就是PCB上直流/數(shù)字線的一種射頻實(shí)現(xiàn)形式。我們今天一起來學(xué)習(xí)下微帶線的不連續(xù)性和解決方法。

No.1 微帶線的不連續(xù)性

不連續(xù)是指微帶線阻抗的不連續(xù)。常見的不連續(xù)有：微帶線的開路，微帶線階梯，和微帶線拐角。我們分別介紹一下其不連續(xù)帶來的影響和避免方法。

1.1 微帶線的開路

微帶線的開路是通過將微帶線的導(dǎo)體帶條切斷形成的，如下圖所示。但是這種截?cái)鄮淼拈_路并不是理想的開路，或者說在射頻上不能叫做開路。由于邊緣場的存在，其在開路點(diǎn)和地之間形成一個(gè)電容，在某個(gè)頻率下，電磁波信號就可以通過這個(gè)電容，從而使得開路效果失效。所以在分析開路微帶線時(shí)，我們可以用以下的等效電容來代替開路點(diǎn)的邊緣場效應(yīng)。

其等效電路如下：

理想開路時(shí)的阻抗可等效為無窮大，因?yàn)楫?dāng)小于四分之一波長的理想開路線的輸入阻抗等效為電容，所以這個(gè)等效電容可以用一段小于四分之一波長的開路短截線來代替。如下圖所示：

這就是射頻設(shè)計(jì)的巧妙之處，通過上面的討論，我們知道，至少我們可以做到在某個(gè)/些頻率上理想開路。

這個(gè)開路短截線的長度delt L可以由以下公式近似計(jì)算得出：

Ee為微帶線的等效介電常數(shù)，W和h分別為微帶線導(dǎo)體帶條的寬度和介質(zhì)厚度。實(shí)際設(shè)計(jì)中，這個(gè)delt L常常用下列近似值來代替。ΔL≈0.33h

1.2 微帶線的階梯

階躍阻抗線是一種常見的濾波器構(gòu)成形式，這里我們首先看一下微帶線的階躍。這個(gè)階躍就是只在微帶傳輸線中當(dāng)中心導(dǎo)體帶條寬度不一致時(shí)，產(chǎn)生的阻抗變化。如下圖所示。

注意，這種導(dǎo)體帶條寬度的不一致，不僅會產(chǎn)生阻抗的變化，還會引起高次模，可用一個(gè)電感和兩端傳輸線來等效。

注意，這個(gè)時(shí)候，就會產(chǎn)生諧振。這個(gè)諧振在很多時(shí)候無關(guān)緊要，但有時(shí)候卻會產(chǎn)生不小的麻煩。其等效電路如下：

1.3 微帶拐角

在微帶電路中，為了改變電磁波信號的傳輸方向，常常需要用到微帶拐角。畢竟一直走直線會產(chǎn)生不小的浪費(fèi)。下圖是一個(gè)最簡單的微帶拐角。在拐角處會有不連續(xù)電容產(chǎn)生，這個(gè)電容主要是由于微帶線的面積增大引起的，為此，可以用到圓弧角來代替，當(dāng)圓弧角的半徑r大于3倍的線寬時(shí)，拐角所帶來的不連續(xù)性可以消除或者忽略，但是會增加微帶線占據(jù)的PCB面積。

微帶線的不連續(xù)性會引入寄生電抗，從而會引起電磁波信號相位，幅度的誤差，也會引入輸入輸出阻抗匹配問題，一種最常用的方法就是將微帶線不連續(xù)性削角，以使得不連續(xù)性的影響降到最低。常見的削角方式如下圖所示。

結(jié)語

微帶線的不連續(xù)在射頻電路設(shè)計(jì)中會經(jīng)常遇到，也常常會給電路設(shè)計(jì)帶來不小的麻煩。不過不要緊，解決方法也比較簡單。

審核編輯：劉清