微带线和带状线

微带线和带状线阻抗

导言：

微带线和带状线是在高频电路和微波领域中常用的传输线路结构。它们由于其特殊的结构和材料选择，在高频信号传输中具有重要的应用价值。本文将从微带线和带状线的概念、结构、特点以及阻抗等方面进行介绍和比较，以便更好地理解和应用这两种传输线路。

一、微带线

微带线是一种常用的平面传输线路结构，由导体、介质和地面构成。导体通常采用金属箔或薄膜形式，介质可以是空气、聚四氟乙烯（PTFE）等。微带线的特点在于其导体位于介质的一侧，而另一侧与地面相隔一定距离。

1. 结构特点

微带线的结构简单，由导体、介质和地面三部分组成。导体通常是一条细长的金属带，宽度较窄，厚度较薄。介质可以是空气、聚四氟乙烯等，其厚度相对导体较大。地面一般采用金属层，作为微带线的底部。

2. 电磁特性

由于微带线的特殊结构，其电磁特性与常规传输线路有所不同。微带线主要有两种电磁模式，即TEM模式和TE模式。TEM模式是指电磁波既不沿导体方向传播，也不沿介质方向传播，而是沿着微带线的平面方向传播。TE模式是指电磁波仅沿着微带线的平面方向传播。

3. 阻抗特性

微带线的阻抗取决于其结构参数和材料特性。一般来说，微带线的阻抗较为灵活，可以通过调整导体宽度、介质高度和介电常数等参数来实现不同的阻抗匹配。常见的微带线阻抗有50欧姆和75欧姆等。

二、带状线

带状线是一种平面传输线路结构，其结构类似于微带线，但在导体形状和介质选择上有所不同。带状线的导体通常是一条细长的金属带，宽度较宽，厚度较薄。介质可以是聚四氟乙烯等。

1. 结构特点

带状线的结构与微带线相似，由导体、介质和地面三部分组成。导体通常是一条宽度较宽的金属带，厚度较薄。介质可以是聚四氟乙烯等。地面一般采用金属层，作为带状线的底部。

2. 电磁特性

带状线的电磁特性与微带线类似，也有TEM模式和TE模式。TEM模式是指电磁波既不沿导体方向传播，也不沿介质方向传播，而是沿着带状线的平面方向传播。TE模式是指电磁波仅沿着带状线的平面方向传播。

科技创新　２０１３年第３５期１科技创新与应用　微带线带通滤波器的设计　李锦屏　（兰州交通大学电子与信息工程学院，甘肃兰州７３００７０）　摘要：文章从带通滤波器出发，阐述了带通滤波器的工作原理和设计过程。以此为基础借助ＡＤＳ仿真软件设计微波滤波器，并　结合设计方法，根据给定的滤波器技术指标，确定滤波器类型、最佳级数和结构，给出了一个带通滤波器的设计实例。仿真结果表　明此方法简单可行，满足工程设计要求。　关键词：带通滤波器；仿真；ＡＤＳ；平行耦合线　引言　在微波通信系统中，微带线带通滤波器以其结构小、集成性强　等优势成为各种微波产品中的常用重要器件。随着微波技术的发　展，微带滤波器的种类日益增多。它们性能各异，设计方法也有所不　同，近年来微波系统的设计越来越复杂，对微波滤波器的指标要求　也越来越高，传统的设计方法已经不能满足设计的需要，ＡＤＳ（Ａｄ—　ｖａｎｃｅｄ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｓｙｓｔｅｍ１，是安捷伦公司推出的一套电路设计软件。是　一个己被广大电子工程设计师们所接受和喜爱，功能十分强大的　ＥＤＡ软件系统。结合ＡＤＳ软件能够在保证精度的前提下缩短设计　周期、降低设计成本，降低电路的调试测量工作量，提高设计效率。　使用ＡＤＳ仿真软件进行微波元器件等设计已经成为微波电路设计　及优化的必然趋势。　１滤波器设计原理　对于不同结构的滤波器，均为从一系列信号中分离出所需要的　频率。由此，所有电路均可以用网络参数的形式来反映输入端和输　出端的关系。根据滤波器理论，所有类型的滤波器均可映射成归一　化的低通滤波器＿１＿。因此带通滤波器的设计可以先从设计归一化低　通滤波器开始，然后再映射成带通滤波器，映射如图１所示．图中横　坐标以分贝为单位，Ｉ』Ａ为衰减度，　为通带内最大衰减度。∞　为归　一化截止频率，当归一化频率大于ｔ０　时为阻带反之为通带。图中的　变量关系为：‘ｔ）　映射成［ｔｏ／￣ｏ。一∞ｏ，∞１ｍ，其中：∞。为带通滤波器的　中心频率；Ｑ为带宽比，定义为ｆｔ＝（ｏ２－ｏ￣　）／ｃｏ。。在此转换过程中，低通　滤波器中的Ｌ和Ｃ分别和带通滤波器中的Ｌ—ｃ串联谐振回路、Ｌ—Ｃ　并联谐振回路有对应关系。　．　键　磷　鳝　麟　图１低通滤波器的映射　（ａ）低通滤波器，（ｂ）带通滤波器　图２四阶切比雪夫低通原型电路图　ｇ５　当确定好所设计滤波器的阶数及波纹指标后，就可以根据元件　值表查出元件的归一化值，用ｇ　，　…ｇ　，ｇＮ￣　和带通滤波器的相对带　宽ＢＷ，微带线特性阻抗为Ｚ　确定带通滤波器电路中的设计参数耦　合传输线的奇模和偶模的特性阻抗。　２微带线带通滤波器设计与优化　假设滤波器的设计指标为：特性阻抗５０Ｑ，通带范围为９—　１０ＧＨｚ，阻带范围为＜８　ＧＨｚ或＞１１　ＧＨｚ，带内波纹指数为０．１ｄＢ，阻　带最小衰减为３６ｄＢ。根据带通滤波器设计的原理，先计算归一化低　通滤波器参数，再映射到带通滤波器。经过查表确定滤波器节数为　４阶。查表可知波纹０．１ｄＢ的四阶切比雪夫滤波器归一化参数标准　为：ｇｌ＝１．１０８８，ｇ２＝１．３０６２，ｇ３＝１．７７０４，ｇ４＝０．８１８１，ｇ　１．３５５４。则四阶切比　雪夫低通原型电路图２所示，其中ｇ。为源内电导，ｇ５为负载电阻值。　通过上面的频率变换和阻抗变换，可得实际集中参数元件值，　Ｑ＝０．０３２ｐＦ，ＬＩ＝８．８２４ｎＨ　Ｃ２＝６７．６９２ｐＦ，　＝４．５１５８ｎＨ；Ｑ＝０．０２ｏｐＦ，Ｌ３＝　１４．０８９ｎｉｌ；Ｃ４＝１０８．７５ｐＦ，Ｌ，－２．６０４ｎＨ。将上述结构尺寸输入ＡＤＳ中并　设置介质参数和扫频参数，进行原理图仿真，其最终仿真的频率响　应如图３所示。从图中可以看出仿真结果与理论结果基本吻合，滤　波器满足设计要求。由此验证了上述方法的正确性与可行性。　ｆｒｅｑ．Ｇ№　ｒｒｅｑ．ＧＨｚ　（ａ）端口反射特性　（ｂ）输入电阻特性　图３　３结论　在使用ＡＤＳ仿真软件设计平行耦合微带滤波器时，可以看到，　使用ＡＤＳ辅助设计方法理论计算简单，设计过程快速灵活，只需调　整少量参数就可完成设计，可方便、快速地对微波元件及电路进行　仿真分析，除本文涉及的平行耦合微带滤波器外，还可对其他介质、　结构的滤波器设计也具有一定工程实用及参考价值。　参考文献　［１】清华大学《微带电路》编写组．微带电路［Ｍ］．北京：人民邮电出版社，　１９７５．　［２］ｇ，Ｊ、曙威．微带线带通滤波器的设计［Ｊ］．上海交通大学学报，１９９７，３１　ｆ５１：７８－８０．　［３］张洪福，张振强，马佳佳．基于ＡＤＳ的平行耦合微带线带通滤波　器的设计及优化ｌＪ】．电子器件，２０１０，３３（４）：４３３—４３７．　［４］ＬＵＤＷＩＮＧ　Ｒ．ＲＦ　Ｃｉｒｃｕｉｔ　ｄｅｓｉｇｎ　Ｔｈｅｏｒｙ　ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ［Ｍ］．Ｕｐ－　ｐｅｒ　Ｓａｄｄｌｅ　Ｒｉｖｅｒ，ＮＪ，ＵＳＡ：Ｐｒｅｎｔｉｃｅ　Ｈａｌｌ　２０００．　［５］钟蔚杰，杨景曙．微带线带通滤波器的ＡＤＳ辅助设计［Ｊ］．现代雷　达，２００８，３．　［６］ＲｏｈｄｅＵ　Ｌ．无线应用射频微波电路设计【Ｍ１．刘光枯，译．北京：电子　工业出版社．２０ｏ４．　Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ１４．５拥有强大的数值计算分析能力，本文将２种ＣＡＥ软件　无缝对接，分别利用各自突出特点先创建工作装置模型再结构强度分　析，大大提高了分析问题的效率。　４．２通过计算得到应力图，可以看到危险点出现在动臂液压缸和动　臂的铰接处、斗杆油缸和动臂铰接处。由图可知，最大应力值　１６３．６８ＭＰａ，低于１６Ｍｎ的屈服极限强度，最大变形２．２ｒａｍ，符合工作基　本要求。　参考文献　［１］史青录．液压挖掘机踟．北京：机械工业出版社，２０１２．０３．　［２］同济大学．单斗液压挖掘机　．北京：中国建筑工业出版社，１９８１．　『３］王勖成．有限单元法　北京：清华大学出版社，２００３．　［４］ＡＮＳＹＳ　Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ　１２基础教程与实例详解．　［５］陈精一，蔡国＿电脑辅助工程分析ＡＮＳＹＳ使用指南ｌＫ１．北京：中国铁道　出版社．２００１．　—．４９—

Rev.0, 01/09, WK Page 1 of 7MT-094

t

r = 0.35/f

max 等式 1指南

简介

人们撰写了大量文章来阐述如何端接PCB走线特性阻抗以避免信号反射。但是，妥善运用

传输线路技术的时机尚未说清楚。

下面总结了针对逻辑信号的一条成熟的适用性指导方针。

当PCB走线单向传播延时等于或大于施加信号上升/下降时间(以最快边沿为准)时端接传输

线路特性阻抗。

例如，在E

r = 4.0介电质上2英寸微带线的延时约270 ps。严格贯彻上述规则，只要信号上升

时间不到~500 ps，端接是适当的。

更保守的规则是使用2英寸(PCB走线长度)/纳秒(上升/下降时间)规则。如果信号走线超过

此走线长度/速度准则，则应使用端接。

例如，如果高速逻辑上升/下降时间为5 ns，PCB走线等于或大于10英寸(其中测量长度包括

曲折线)，就应端接其特性阻抗。

在模拟域内，必须注意，运算放大器和其他电路也应同样适用这条2英寸/纳秒指导方针，

以确定是否需要传输线路技术。例如，如果放大器必须输出最大频率f

max，则等效上升时

间tr和这个f

max相关。这个限制上升时间t

r可计算如下：

然后将t

r乘以2英寸/纳秒来计算最大PCB走线长度。例如，最大频率100 MHz对应于3.5 ns的

上升时间，所以载送此信号的7英寸或以上走线应视为传输线路。

PCB板上受控阻抗走线的设计

在受控阻抗设计中，可以采用多种走线几何形状，既可与PCB布局图合二为一，也可与其

相结合。在下面的讨论中，基本模式遵循IPC标准2141A的规定(见参考文献1)。 微带线和带状线设计

MT-094

DIELECTRICWIRED

H

GROUND PLANE

图1：一种阻抗既定的微带线传输线路

由一条分布于接地层的绝缘线形成

Page 2 of 7 请注意，下面的图示中将使用术语“接地层”。需要了解的是，该接地层实际上是一个大面

积、低阻抗的参考层。在实践中，可能是一个接地层或电源层，假定二者的交流电位均为

1

微波技术

经典前沿类

微带线的产生和发展

2 目录

一、微波传输线 ............................................................ 4

1.1 传输线概论 ........................................................ 4

二、微带线产生 ............................................................ 5

2.1 产生背景及发展历程 ................................................ 5

2.2 微带线的结构及参数 ................................................ 5

2.2.1 微带线中的主模 ............................................. 6

2.2.2微带线的基本参数及实现 ...................................... 7

三、微带线的应用 ......................................................... 10

3.1 微带集成电路简介 ................................................. 10

3.2 微带线的发展趋势 ................................................. 11

3.3 微带线发展的实例 ................................................. 11

四、微带线和带状线的对比 ................................................. 12