微带线(microstrip)和带状线(stripline)
微带线和带状线阻抗
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。
PCB线路板阻抗计算公式
PCB线路板阻抗计算公式现在关于PCB线路板的阻抗计算方式有很多种，相关的软件也能够直接帮您计算阻抗值，今天通过polar si9000来和大家说明下阻抗是怎么计算的。
在阻抗计算说明之前让我们先了解一下阻抗的由来和意义：传输线阻抗是从电报方程推导出来(具体可以查询微波理论)如下图,其为平行双导线的分布参数等效电路:从此图可以推导出电报方程取传输线上的电压电流的正弦形式得推出通解定义出特性阻抗无耗线下r=0, g=0 得注意,此特性阻抗和波阻抗的概念上的差异(具体查看平面波的波阻抗定义)特性阻抗与波阻抗之间关系可从此关系式推出.Ok,理解特性阻抗理论上是怎么回事情,看看实际上的意义,当电压电流在传输线传播的时候,如果特性阻抗不一致所求出的电报方程的解不一致,就造成所谓的反射现象等等.在信号完整性领域里,比如反射,串扰,电源平面切割等问题都可以归类为阻抗不连续问题,因此匹配的重要性在此展现出来.叠层(stackup)的定义我们来看如下一种stackup,主板常用的8 层板(4 层power/ground 以及4 层走线层,sggssggs,分别定义为L1, L2…L8)因此要计算的阻抗为L1,L4,L5,L8下面熟悉下在叠层里面的一些基本概念,和厂家打交道经常会使用的Oz 的概念Oz 本来是重量的单位Oz(盎司)=28.3 g(克)在叠层里面是这么定义的,在一平方英尺的面积上铺一盎司的铜的厚度为1Oz,对应的单位如下介电常数(DK)的概念电容器极板间有电介质存在时的电容量Cx 与同样形状和尺寸的真空电容量Co之比为介电常数：ε = Cx/Co = ε'-ε"Prepreg/Core 的概念pp 是种介质材料,由玻璃纤维和环氧树脂组成,core 其实也是pp 类型介质,只不过他两面都覆有铜箔,而pp 没有.传输线特性阻抗的计算首先,我们来看下传输线的基本类型,在计算阻抗的时候通常有如下类型: 微带线和带状线,对于他们的区分,最简单的理解是,微带线只有1 个参考地,而带状线有2个参考地,如下图所示对照上面常用的8 层主板,只有top 和bottom 走线层才是微带线类型,其他的走线层都是带状线类型在计算传输线特性阻抗的时候, 主板阻抗要求基本上是:单线阻抗要求55 或者60Ohm,差分线阻抗要求是70~110Ohm,厚度要求一般是1~2mm,根据板厚要求来分层得到各厚度高度.在此假设板厚为1.6mm,也就是63mil 左右, 单端阻抗要求60Ohm,差分阻抗要求100Ohm,我们假设以如下的叠层来走线。
PCB阻抗设计与阻抗设计软件Polar的使用
ＰＣＢ阻抗设计与阻抗设计软件Ｐolａｒ的使用 随着 PCB 信号切换速度不断增长，当今的 PCB 设计厂商需要理解和控制 PCB 迹线的阻抗。
相应于现代数字电路较短的信号传输时间和较高的时钟速率，PCB 迹线不再是简单的连接，而是传输线。
在实际情况中，需要在数字边际速度高于1ns 或模拟频率超过300Mhz时控制迹线阻抗。
PCB 迹线的关键参数之一是其特性阻抗（即波沿信号传输线路传送时电压与电流的比值）。
印制电路板上导线的特性阻抗是电路板设计的一个重要指标，特别是在高频电路的PCB设计中，必须考虑导线的特性阻抗和器件或信号所要求的特性阻抗是否一致，是否匹配。
这就涉及到两个概念：阻抗控制与阻抗匹配，本文重点讨论阻抗控制和叠层设计的问题。
阻抗控制阻抗控制(eImpedance Controling)，线路板中的导体中会有各种信号的传递，为提高其传输速率而必须提高其频率，线路本身若因蚀刻，叠层厚度，导线宽度等不同因素，将会造成阻抗值得变化，使其信号失真。
故在高速线路板上的导体，其阻抗值应控制在某一范围之内，称为―阻抗控制‖。
PCB 迹线的阻抗将由其感应和电容性电感、电阻和电导系数确定。
影响PCB走线的阻抗的因素主要有: 铜线的宽度、铜线的厚度、介质的介电常数、介质的厚度、焊盘的厚度、地线的路径、走线周边的走线等。
PCB 阻抗的范围是 25 至120 欧姆。
在实际情况下，PCB 传输线路通常由一个导线迹线、一个或多个参考层和绝缘材质组成。
迹线和板层构成了控制阻抗。
PCB 将常常采用多层结构，并且控制阻抗也可以采用各种方式来构建。
但是，无论使用什么方式，阻抗值都将由其物理结构和绝缘材料的电子特性决定：●信号迹线的宽度和厚度●迹线两侧的内核或预填材质的高度●迹线和板层的配置●内核和预填材质的绝缘常数PCB传输线主要有两种形式：微带线（Microstrip）与带状线（Stripline）。
微带线（Microstrip）：微带线是一根带状导线，指只有一边存在参考平面的传输线，顶部和侧边都曝置于空气中（也可上敷涂覆层），位于绝缘常数 Er 线路板的表面之上，以电源或接地层为参考。
微带线和带状线
微带线和带状线微带线和带状线在现代通信领域，微带线和带状线是最常见的两种传输线类型。
它们各自具有独特的优点和应用场景，被广泛用于微波电路、射频电路等领域。
本文将对微带线和带状线进行详细介绍。
1.微带线微带线是一种平板传输线，通常由金属线路和绝缘基板组成。
微带线具有结构简单、成本低廉和易于制造的优点，因此在微波电路和射频电路中被广泛应用。
微带线的特性阻抗随着基板尺寸和介电常数的变化而变化，因此可以通过调整基板参数来实现特定的阻抗匹配。
微带线的主要应用场景包括天线、滤波器、功率分配器、耦合器等。
其中，微带天线是最常见的应用之一。
由于微带线可以在基板表面上实现，因此形成天线的成本和制造难度要低得多。
此外，由于微带线的结构可以自由设计，因此可以用来实现各种不同类型的天线，例如贴片天线、宽带天线、喇叭天线等。
2.带状线带状线是一种同轴传输线，由两个同心的导体组成，中间的空气或绝缘材料将它们分开。
带状线的特点是阻抗稳定，衰减小，可靠性高，因此在高频、高速信号传输系统中得到了广泛应用。
带状线的主要应用场景包括高速数据传输、精密测量、信号传输等。
例如，在高速数据传输系统中，带状线可以用来连接各种高速设备，例如CPU、存储器、芯片等。
由于带状线的阻抗稳定，因此它可以减少信号折射和反射，提高系统的可靠性和传输速度。
另外，带状线还可以用于精密测量。
例如，在用于测量电磁脉冲的场合，带状线可以提供稳定且可靠的传输路径，并保持信号的完整性和准确性。
此外，在信号传输方面，带状线可以用来连接各种高性能设备，例如放大器、滤波器等，以实现高保真、高速度的信号传输。
总之，微带线和带状线均是非常重要的传输线类型，具有独特的应用场景和优点。
在通信领域不断发展的今天，它们将继续发挥着重要作用，为高频、高速信号传输系统的发展提供技术支持。
微波技术 第四章 微带和表面波波导
尺寸选择
– 带状线传输的主模是TEM波，但是如果尺寸选择不当，会出现高 次模TE模和TM模 – TE模和TM模最大截止波长分别为
(C )TE 2W r 10 (C )TM01 2b r
– 所以尺寸选择的原则是
W ＜ min 2 r b＜ min 2 r
A≥
0≤A≤
Microwave Engineering:stripline & microstrip
12
WBJS
特性阻抗的闭式
Zc r A 30
– 有限厚度带线
W W0 W b b b W0 8(1 x) e A 0.568 b eA 1
Microwave Engineering:stripline & microstrip
W / h≤1窄带
Microwave Engineering:stripline & microstrip
26
WBJS
特性阻抗的闭式
– 宽带解
120 1 Zc e W 1.393 0.667 ln W 1.444 h h 1/ 2 r 1 r 1 h e 1 12 2 2 W
Microwave Engineering:stripline & microstrip
5
WBJS
特性阻抗
带线的电容
C'f C'f W
– – – – 带线电容分成板间电容Cp和边缘电容Cf′。 W／b愈大，C愈大，特性阻抗Z0愈小。 W／b愈大，Cf′影响愈小。 带线研究的主要内容BJS
带线的衰减
1.介质衰减
PCB线路板阻抗计算公式
PCB线路板阻抗计算公式现在关于PCB线路板的阻抗计算方式有很多种，相关的软件也能够直接帮您计算阻抗值，今天通过polar si9000来和大家说明下阻抗是怎么计算的。
在阻抗计算说明之前让我们先了解一下阻抗的由来和意义：传输线阻抗是从电报方程推导出来(具体可以查询微波理论)如下图,其为平行双导线的分布参数等效电路:从此图可以推导出电报方程取传输线上的电压电流的正弦形式得推出通解定义出特性阻抗无耗线下r=0, g=0 得注意,此特性阻抗和波阻抗的概念上的差异(具体查看平面波的波阻抗定义)特性阻抗与波阻抗之间关系可从此关系式推出.Ok,理解特性阻抗理论上是怎么回事情,看看实际上的意义,当电压电流在传输线传播的时候,如果特性阻抗不一致所求出的电报方程的解不一致,就造成所谓的反射现象等等.在信号完整性领域里,比如反射,串扰,电源平面切割等问题都可以归类为阻抗不连续问题,因此匹配的重要性在此展现出来.叠层(stackup)的定义我们来看如下一种stackup,主板常用的8 层板(4 层power/ground 以及4 层走线层,sggssggs,分别定义为L1, L2…L8)因此要计算的阻抗为L1,L4,L5,L8下面熟悉下在叠层里面的一些基本概念,和厂家打交道经常会使用的Oz 的概念Oz 本来是重量的单位Oz(盎司)=28.3 g(克)在叠层里面是这么定义的,在一平方英尺的面积上铺一盎司的铜的厚度为1Oz,对应的单位如下介电常数(DK)的概念电容器极板间有电介质存在时的电容量Cx 与同样形状和尺寸的真空电容量Co之比为介电常数：ε = Cx/Co = ε'-ε"Prepreg/Core 的概念pp 是种介质材料,由玻璃纤维和环氧树脂组成,core 其实也是pp 类型介质,只不过他两面都覆有铜箔,而pp 没有.传输线特性阻抗的计算首先,我们来看下传输线的基本类型,在计算阻抗的时候通常有如下类型: 微带线和带状线,对于他们的区分,最简单的理解是,微带线只有1 个参考地,而带状线有2个参考地,如下图所示对照上面常用的8 层主板,只有top 和bottom 走线层才是微带线类型,其他的走线层都是带状线类型在计算传输线特性阻抗的时候, 主板阻抗要求基本上是:单线阻抗要求55 或者60Ohm,差分线阻抗要求是70~110Ohm,厚度要求一般是1~2mm,根据板厚要求来分层得到各厚度高度.在此假设板厚为1.6mm,也就是63mil 左右, 单端阻抗要求60Ohm,差分阻抗要求100Ohm,我们假设以如下的叠层来走线。
带状线和微带线
由于其结构简单，易于制作和 加工，因此微带线在微波集成 电路中占据了主导地位。
微带线还具有低辐射、低损耗 和高可靠性等优点，因此在无 线通信、雷达、电子战等领域 得到了广泛应用。
微带线的应用场景
微带线在微波和毫米波频段的应 用非常广泛，如卫星通信、雷达、 电子战、高速数字信号处理等领
域。
在微波集成电路中，微带线被用 作信号传输线、元件和电路之间
带状线和微带线
目录
• 带状线介绍 • 微带线介绍 • 带状线和微带线的比较 • 带状线和微带线的制作工艺 • 带状线和微带线的未来发展
01 带状线介绍
带状线的定义
定义
01
带状线是一种传输线结构，由一条金属带和两侧的接
地面构成。
结构
02 金属带通常由铜、铝或其它导电材料制成，宽度和厚
度根据需要而定。接地面通常为金属板或导电层。
制作过程中需要严格控制工艺参数，如温度、压力、时间等，以确保 导体和绝缘层的厚度、宽度以及间距的精度。
尺寸缩小与精度控制
随着通信技术的发展，对带状线和微带线的尺寸和精度要求越来越高， 需要不断提高制作工艺的精度和稳定性。
可靠性问题
带状线和微带线在制作和使用过程中可能会受到环境因素的影响，如 温度、湿度、机械应力等，需要采取措施提高其可靠性。
导体制作
利用电镀或溅射技术在光刻胶 保护下形成导带，去除光刻胶 后得到微带线导体。
表面处理
对微带线导体表面进行清洗、 干燥和保护处理，确保其具有 良好的导电性能和稳定性。
制作工艺的难点和挑战
材料选择与制备
带状线和微带线对材料的要求较高，需要选择合适的导电材料和绝缘 材料，并确保其性能稳定可靠。
制程控制
PCB线路板阻抗计算公式
PＣB线路板阻抗计算公式现在关于PＣB线路板得阻抗计算方式有很多种,相关得软件也能够直接帮您计算阻抗值,今天通过pｏlａr si9000来与大家说明下阻抗就是怎么计算得。
在阻抗计算说明之前让我们先了解一下阻抗得由来与意义:传输线阻抗就是从电报方程推导出来(具体可以查询微波理论)如下图，其为平行双导线得分布参数等效电路:从此图可以推导出电报方程取传输线上得电压电流得正弦形式得推出通解ﻫ定义出特性阻抗ﻫ无耗线下ｒ=0，g＝0 得ﻫﻫ注意,此特性阻抗与波阻抗得概念上得差异(具体查瞧平面波得波阻抗定义)特性阻抗与波阻抗之间关系可从此关系式推出、Ok,理解特性阻抗理论上就是怎么回事情，瞧瞧实际上得意义，当电压电流在传输线传播得时候，如果特性阻抗不一致所求出得电报方程得解不一致，就造成所谓得反射现象等等、在信号完整性领域里，比如反射，串扰,电源平面切割等问题都可以归类为阻抗不连续问题，因此匹配得重要性在此展现出来、叠层（sｔackup）得定义我们来瞧如下一种stackuｐ,主板常用得8 层板（4 层pｏwｅｒ/gｒoｕnｄ以及4 层走线层,ｓgｇｓsｇgｓ，分别定义为L1，L2…L8）因此要计算得阻抗为Ｌ1，Ｌ４，L5，L8下面熟悉下在叠层里面得一些基本概念，与厂家打交道经常会使用得Oz 得概念Oｚ本来就是重量得单位Oz(盎司）=２8、3 g(克)在叠层里面就是这么定义得,在一平方英尺得面积上铺一盎司得铜得厚度为1Oｚ，对应得单位如下介电常数(DK)得概念电容器极板间有电介质存在时得电容量Cx与同样形状与尺寸得真空电容量Ｃｏ之比为介电常数：ﻫε ＝Cｘ/Ｃｏ＝ε＇－ε”ﻫPrｅpreg/Coｒe 得概念ｐｐ就是种介质材料,由玻璃纤维与环氧树脂组成，corｅ其实也就是pp类型介质,只不过她两面都覆有铜箔,而pp没有、传输线特性阻抗得计算首先,我们来瞧下传输线得基本类型,在计算阻抗得时候通常有如下类型：微带线与带状线，对于她们得区分,最简单得理解就是，微带线只有１个参考地，而带状线有2个参考地，如下图所示对照上面常用得8 层主板，只有top 与bottｏｍ走线层才就是微带线类型,其她得走线层都就是带状线类型在计算传输线特性阻抗得时候, 主板阻抗要求基本上就是：单线阻抗要求55 或者６０O ｈm，差分线阻抗要求就是7０～1１0Ｏｈm，厚度要求一般就是1~2mm，根据板厚要求来分层得到各厚度高度、在此假设板厚为1、6ｍm,也就就是６３mil 左右, 单端阻抗要求60Ｏhｍ,差分阻抗要求10０Ohm，我们假设以如下得叠层来走线。
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微带线(microstrip)和带状线(stripline)
微带线剖面图
适合制作微波集成电路的平面结构传输线。
与金属波导相比，其体积小、重量轻、使用频带宽、可靠性高和制造成本低等；但损耗稍大，功率容量小。
60年代前期，由于微波低损耗介质材料和微波半导体器件的发展，形成了微波集成电路，使微带线得到广泛应用，相继出现了各种类型的微带线。
一般用薄膜工艺制造。
介质基片选用介电常数高、微波损耗低的材料。
导体应具有导电率高、稳定性好、与基片的粘附性强等特点。
两个方面的作用
在手机电路中，一条特殊的印刷铜线即构成一个电感微带线，在一定条件下，我们又称其为微带线。
一般有两个方面的作用：一是它把高频信号能进行较有效地传输；二是与其他固体器件如电感、电容等构成一个匹配网络，使信号输出端与负载很好地匹配。
1.PCB的特性阻抗Z0与PCB设计中布局和走线方式密切相关。
影响PCB 走线特性阻抗的因素主要有：铜线的宽度和厚度、介质的介电常数和厚度、焊盘的厚度、地线的路径、周边的走线等。
微带线
2.当印制线上传输的信号速度超过100MHz时，必须将印制线看成是带有寄生电容和电感的传输线，而且在高频下会有趋肤效应和电介质损耗，这些都会影响传输线的特征阻抗。
按照传输线的结构，可以将它分为微带线和带状线。
在PCB的特性阻抗设计中，微带线结构是最受欢迎的，因而得到最广泛的推广与应用。
最常使用的微带线结构有4种：表面微带线（surface
microstrip）、嵌入式微带线（embedded microstrip）、带状线（stripline）、双带线（dual-stripline）。
2.微带线是位于接地层上由电介质隔开的印制导线，它是一根带状导线(信号线)．与地平面之间用一种电介质隔离开。
印制导线的厚度、宽度、印制导线与地层的距离以及电介质的介电常数决定了微带线的特性阻抗。
如果线的厚度、宽度以及与地平面之间的距离是可控制的，则它的特性阻抗也是可以控制的。
单位长度微带线的传输延迟时间，仅仅取决于介电常数而与线的宽度或间隔无关。
物理性能
带状线是介于两个接地层之间的印制导线，它是一条置于两层导电平面之间的电介质中间的铜带线。
它的特性阻抗和印制导线的宽度、厚度、电介质的介电常数以及两个接层的距离有关。
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.单位长度带状线的传输延迟时间与线的宽度或间距是无关的；仅取决于所用介质的相对介电常数
物理盆
微带线和带状线的异同
1.微带线是一根带状导(信号线)．与地平面之间用一种电介质隔离开。
如果线的厚度、宽度以及与地平面之间的距离是可控制的，则它的特性阻抗也是可以控制的。
2.带状线是一条置于两层导电平面之间的电介质中间的铜带线。
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.
单位长度微带线的传输延迟时间，仅仅取决于介电常数而与线的宽度或间隔无关
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（例如差分线，通常为高速信号，同时抗干扰比较强）
带状两边都有电源或者底层，因此阻抗容易控制，同时屏蔽较好，但是信号速度慢些。
通常同样的介质条件微带线的损耗小（线宽），带状线的损耗大（线细，有过孔）。
至于速度我就不理解了。
微带线是准TEM波，带状线是TEM波 ，相速都是光速。
做什么电路都够了。
微带线和类微带线
适合制作微波集成电路的平面结构传输线，有微带线、共面线、槽线和鳍状线等多种形式（图1），应用最广的是微带线。
微带线与金属波导相比，它的传统的微波传输线是同轴线和金属波导。
随着微波频率的不断提高和微波设备的小型化，传输线的结构日益增多。
60年代前期，由于微波低损耗介质材料和微波半导体器件的发展，形成了微波集成电路，使微带线得到广泛应用，相继出现了各种类型的微带线。
微带线和类微带线一般用薄膜工艺制造。
介质基片选用介电常数高、微波损耗低的材料，如氧化铝陶瓷、石榴石铁氧体和石英等。
导体还应具有导电率高、稳定性好、与基片的粘附性强等特点。
优点是体积小、重量轻、使用频带宽、可靠性高和制造成本低等；缺点是损·耗稍大，功率容量小。
微带线
微带线和带状线的阻抗计算:
a.微带线(microstrip) Z={87/[sqrt(Er+1.41)]}ln[5.98H/(0.8W+T)]
其中，W为线宽，T为走线的铜皮厚度，H为走线到参考平面的距离，Er是PCB 板材质的介电常数(dielectricconstant)。
此公式必须在0.1<(W/H)<2.0及1<(Er)<15的情况才能应用。
b.带状线(stripline) Z=[60/sqrt(Er)]ln{4H/[0.67π(T+0.8W)]}
其中，H为两参考平面的距离，并且走线位于两参考平面的中间。
此公式必须在W/H<0.35及T/H<0.25的情况才能应用。