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  • 版权:CC BY-SA 4.0
  • 创建:2019-10-14
  • 更新:2019-10-19
  • 关键词: PCB 高频 信号 传输线
高频信号传输线设计


高频信号传输线

理论

高频信号会产生电磁场,向导线四周辐射,并且有趋肤效应,传输线不能直接使用导线,需要考虑走线方式、电容、电感、阻抗等因素。
传输高频使用如下几种方式:

波导

金属外壳+空腔或者介质腔,传输微波。后面的几种都是波导的异构,包括平行双导线、同轴线、平行平板波导、矩形波导、圆波导、微带线、平板介质光波导和光纤

波导
波导

同轴电缆

波导的变形,即将金属空腔外壳分为上下两部分,上部分变为一根导线,下部分变为一个封闭的结构

同轴电缆

微带线(Microstrip)

微带线(Microstrip)是一根带状导线(信号线),与地平面之间用一种电介质隔离开。因为微带线一面是FR4(或者其他电介质)一面是空气(介电常数低)因此速度很快,利于走对速度要求高的信号,对于一般FR4的板材,1inch微带线对应的走线延时约140ps。从图中可以形象的看出,微带线是在PCB表面走线,并且不能铺铜。

微带线

微带线

相关名次导航:微带阵列天线

带状线(Stripline)

带状线
带状线(Stripline)是一条置于2个平行的地平面(或电源平面)之间的电介质之间的一根高频传输导线。一般来说,地平面与导线之间是绝缘介质。如果线的厚度和宽度、介质的介电常数以及两层导电平面间的距离是可控的,那么线的特性阻抗也是可控的。
带状线

共面带状线(CPS)(共面波导(Coplanar Waveguide) )(共面微带线)

即在微带线的基础上,天线一面也加上屏蔽层,它和微带线、带状线PCB走线设计常用

CPS

设计时需要注意的问题

插损

在传输线与天线接触的地方,会产生损耗。
线转角设计:
粗线尽可能斜角,细线没法斜角就用圆滑过渡的方式
转角线设计

阻抗匹配

在负载(天线)和传输线的接触处,如果两者的阻抗不相同,驻波比驻波)不为1,即有回波损耗,使性能下降,所以要做好阻抗匹配
阻抗匹配参考文章

阻抗匹配要根据线宽、线长、板材、信号频率等等来计算,50欧姆成为了大多数射频传输线的阻抗标准,大多数天线是50Ω,所以一般应用我们设计传输线时也设计50欧姆,有些传输线可能不同比如同轴电缆是120Ω。
阻抗可以手工计算,但是耗时长并且容易计算错误,可以使用软件来自动计算,比如安捷伦公司的APPCADAPPCAD计算特性阻抗例程

APPCAD

设置实例

FR-4为PCB材料,参数可以根据PCB生产厂商或者自己的要求做(华强PCB在线计价器
设置实例

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