传输线带状线与微带线
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。
微带线(microstrip)和带状线(stripline)
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（surfacemicrostrip）、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。
微带线和带状线设计
MT-094 指南微带线和带状线设计简介 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Er = 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fmax，则等效上升时 间tr和这个fmax相关。
这个限制上升时间tr可计算如下： tr = 0.35/fmax 等式 1然后将tr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)。
Rev.0, 01/09, WKPage 1 of 7MT-094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 零。
首先是简单的平面上布线形式的传输线路，也称微带线。
图1所示为横截面视图。
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。
pcb布线中的微带线和带状线设计
PCB布线中的微带线和带状线到底是哪个部分啊?1 特性阻抗近年来，在数字信号速度日渐增快的情况下，在印制板的布线时，还应考虑电磁波和有关方波传播的问题。
这样，原来简单的导线，逐渐转变成高频与高速类的复杂传输线了。
在高频情况下，印制板（PCB）上传输信号的铜导线可被视为由一连串等效电阻及一并联电感所组合而成的传导线路，如图1所示。
只考虑杂散分布的串联电感和并联电容的效应，会得到以下公式：式中Z0即特性阻抗，单位为Ω。
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。
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）。
下面只说明表面微带线结构，其它几种可参考相关资料。
表面微带线模型结构如图2所示。
Z0的计算公式如下：对于差分信号，其特性阻抗Zdiff修正公式如下：公式中：——PCB基材的介电常数；b——PCB传输导线线宽；d1——PCB传输导线线厚；d2——PCB介质层厚度；D——差分线对线边沿之间的线距。
从公式中可以看出，特性阻抗主要由、b、d1、d2决定。
通过控制以上4个参数，可以得到相应的特性阻抗。
2 信号完整性（SI）SI是指信号在电路中以正确的时序和电压作出响应的能力。
如果电路中的信号能够以要求的时序、持续时间和电压幅度到达IC，则该电路具有较好的信号完整性。
反之，当信号不能正常响应时，就出现了信号完整性问题。
从广义上讲，信号完整性问题主要表现为5个方面：延迟、反射、串扰、同步切换噪声和电磁兼容性。
延迟是指信号在PCB板的导线上以有限的速度传输，信号从发送端发出到达接收端，其间存在一个传输延迟。
微波技术微带相关传输线
偶模(Even Mode)：当给两根微带线输入幅度相等、相位相 同的电压 Ve 时，其电场线分布是一种相互排斥的偶对称分 布，如图 2(b)所示。 这种相对于中心对称面具有偶对称 分布的模式就称为偶模，用下标“e”表示。
Vo
Vo
Ve
Ve
图 2
平行耦合带线的奇偶模电场线分布
当给两线输入的是任意电压 V1 和 V2 时，可以把 V1 和 V2 分解成一对奇、偶模分量，使 V1 等于两分量之和，V2 等于两分量之差，即
V1 Ve Vo V2 Ve Vo
由上式可解得相应的奇模电压 Vo 和偶模电压 Ve，即
Vo
Vo
Ve
Ve
图 2
平行耦合带线的奇偶模电场线分布
当给两线输入的是任意电压 V1 和 V2 时，可以把 V1 和 V2 分解成一对奇、偶模分量，使 V1 等于两分量之和，V2 等于两分量之差，即
三、平行耦合微带线的特性参量
从图 2 可以看出，奇模激励时，对称面上电场切向分 量为零，为电壁(Electric Wall)； 偶模激励时，对称面 上磁场切向分量为零，为磁壁(Magnetic Wall)。 因此，在奇、 偶模激励时，求其中一根传输线的特性参量时，可将另一 根线的影响用对称面处的电(磁)壁来等效。
Vo
Vo
Ve
Ve
图 2
平行耦合带线的奇偶模电场线分布
与单根微带线一样，在耦合微带线中也引入有效介电 常数的概念。由于有效介电常数决定于场在介质中和在空 气中的相对比值，而奇、偶模的场分布是不同的，故奇、 偶模激励时的相对有效介电常数 eo 和 ee 不同。 因此，奇 模相速和偶模的相速分别由下式确定
(b)微带线的演变过程
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
微带相关传输线
1 o 1 V = 2(V −V2 ) V = 1(V +V2 ) e 2 1
分成奇模和偶模之后， 将 V1 和 V2 分成奇模和偶模之后，就可以针对奇模和 偶模这两种特殊而简单的情况分别进行分析， 偶模这两种特殊而简单的情况分别进行分析 ， 然后再利用 所得结果分析原问题的特性，这就是“奇偶模参量法” 所得结果分析原问题的特性，这就是“奇偶模参量法”。
图 1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
耦合微带线结构示意图
二、奇偶模参量法
奇模(Odd Mode)：当给两根微带线输入幅度相等、相位 奇模 ：当给两根微带线输入幅度相等、 相反的电压 Vo 和 −Vo 时，其电场线分布是一种奇对称 分布， 分布，如图 2(a)所示。 这种相对于中心对称面具有奇 ( )所示。 对称分布的模式就称为奇模，用下标“ ” 对称分布的模式就称为奇模，用下标“o”表示 。
三、平行耦合微带线的特性参量
可以看出，奇模激励时 激励时， 从图 2 可以看出，奇模激励时，对称面上电场切向分 量为零， 电壁(Electric Wall)； 偶模激励时 激励时， 量为零，为电壁(Electric Wall)； 偶模 激励时 ， 对称面 上磁场切向分量为零， 磁壁(Magnetic Wall)。 在奇、 因此， 上磁场切向分量为零，为磁壁(Magnetic Wall)。 ，在奇、 因此 偶模激励时， 求其中一根传输线的特性参量时， 偶模激励时 ， 求其中一根传输线的特性参量时 ， 可将另一 根线的影响用对称面处的电( 壁来等效。 根线的影响用对称面处的电(磁)壁来等效。
三、微带线的特性阻抗等参量
由于微带线包含空气和介质基片两种介质， 由于微带线包含空气和介质基片两种介质 ， 为了分析 方便起见，通常引入“ 的概念。 方便起见，通常引入“有效介电常数 εe”的概念。 在微带尺寸及其特性阻抗不变的情况下， 有效介电常数εe: 在微带尺寸及其特性阻抗不变的情况下， 用一均匀介质完全填充微带周围空间， 用一均匀介质完全填充微带周围空间 ， 以取代微带的混合 介质， 介质 ， 该假想均匀介质的相对介电常数称为有效介电常数 εe。 引入有效介电常数以后， 微带线的特性参量就可以用 引入有效介电常数以后 ， 均匀介质来处理了。 ， 微带线的特性阻抗等各参量可由 均匀介质来处理了。 于是， 于是 以下公式确定
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
n
a
cos
nx
a
cosh
ny
a
0
An
cos
nx
a
cosh
n
a
b
yb
yb 2 2 y
b
➢ 中心导带上的电荷密度
s Dy x, y b / 2 Dy x, y b / 2
s
2 0 r
n1,3,5,..
An
n
a
cos
nx
a
cosh
屏蔽带状线的电位方程和边界条件
t2 x, y 0 x a 2,0 y (3.200)
主要分析方法（TEM模）
✓ 采用静场分析方法
保角变换
求解电位的拉普表拉征斯参方数程：
用途：
特征阻抗Z0 传播常数β
衰减常数α
✓ 微波无源集成电路。特别适
合多层微波集成的中间层。
相速
vp c r (3.176)
传播常数
vp
0 0 r
r k0 (3.177 )
计算特征阻抗的经验公式
nb
2a
(3.187 )
系数An的求解 ➢ 中心导体表面电荷分布的简单假设
s
x
1 0
x x
W W
2 (3.188) 2
➢ 利用三角函数的正交性，得到系数An
An
n
2a sinnW 2a 20 r coshnb /
2a3.189
带状线单位长度电容
➢ 中心导体的电压
V
b 0
2 Ey x
0,
（中心导体零厚度）
Z0
30 r
we
b (3.179a) 0.441b
• We是中心导体的有效宽度， 即
特征阻抗
Z0
L 1 (3.178) C vpC
we b
w b
0
0.35
w
2
b
w 0.35 b w
b
(3.179b) 0.35
带状线设计的逆公式
导体衰减
•
其中 W b
0.85
ydy
n1,3,5,..
An
sinh
nb (3.190 )
2a
➢ 中心导体单位长度的电荷
Q
W W
2 2
s
dx
W
(C
/
m)3.191
➢ 单位长电容
C Q V
2a
sin
W
nW /
2asinh
nb
/
2a
Fd
/
m(3.192)
n1,3,5,.. n 2 0 r cosh nb / 2a
✓ 采用照相印刷工艺,精度高,工艺重 复性好。
有效介电常数
e
r 1
2
r
2
2
1
(3.195 )
112d /W
特征阻抗
Z0
60 ln 8d W W d 1
r W 4d
120
W d 1
r
W d
1.393 0.667ln W d
1.444
给定特征阻抗和介电常数求W/d
W d
2.构成（金属导带、接地板、介质板）及要求
3. 基本结构（对称微带、不对称微带）
带状线
微带线
结构
基本要素
• 支撑介质的介电常数εr
• 上下接地板间距b • 中心导带宽度W
同轴线
电力线 磁力线
制作方法
特点：
✓ 基模为TEM模。 ✓ 填充均匀介质，不存在色
散。 ✓ 也可以存在TE和TM的高
次模，即有单模传输的频 率上限。可由上下接地板 的距离来控制。
微带线的结构与基表本征要参素数：
➢ 中心导带宽度W ➢ 介质基片厚度 d
特征阻抗Z0
传播常数β
➢ 介质相对介电常数εr 衰减常数α
基本特点
平行双导线
电力线
✓ 传输准TEM模，特征阻抗、相速、 传播常数等可由静态或准静态方法 获得
✓ 不是纯TEM模，存在轻微的色散
磁力线
平面电路，适合有源器 件的安装，是最适合微 波集成电路的传输线
x 0.6
r Z0 x
120 r Z0
(3.180a) 120
c
2.17 103 Rs r Z0
30 b t
0.16Rs B
Zo0b
A r Z0 120
Np / m
r Z0 120
x 30 0.441(3.180b) r Z0
• 其中
A
1
2W bt
1
b b
t t
ln
2b t
t
• t为带状线中心导体的厚 度
B
1
b
0.5W
0.7t
0.5
0.414 t W
1 2
ln
4W t
1.有一根聚四氟乙烯（εr＝2.1）附铜板带状线， 已知b＝5mm，t＝0.25mm，W＝2mm，求此 带状线的特性阻抗。 若W＝4mm，求此带状线的特性阻抗。
2.设计一根特性阻抗为50欧姆的带状线，所选基 板为罗杰斯5880的附铜板带状线（ εr＝2.2）， 求此带状线的W/b的值。 若所选基板的εr＝9，求W/b的值。
2
B
1
ln 2 B
8eA (W d e2A 2
1
r 2 r
1
ln
B
1
2 0.39
0.61 r
W
d
(3.197) 2
• 其中
A Z0 60
r 1
2
r r
1 1
0.23
0.1r 1
B 377 2Z0 r
vp c / e
1 e r
传播常数
vp
k0
e
介质损耗 导体损耗
d
k0r (e 1) tan 2 e (r 1)
Z0随W的增加而减小 Z0相同，基板的介电常数εr越小，W/b的值越大
屏蔽带状线的电位方程和边界条件
t2x, y 0 x a 2,0 y b(3.182)
x, y xa 2 0(3.183 a) x, y y0,b 0(3.183b)
✓ 由于中心导带上存在电荷密度，在y=b/2处场不连续。应 分别求两个区域（0<y<b/2和b/2<y<b的解。
➢ 由分离变量法，并考虑到边界条件，有
x,
y
n1
n1 odd
Bn
An
c
os
nx
a
s
inh
cos nx sinh n
a a
ny 0 y b
a
b yb 2
2 y
b
odd
• 电位在b/2处必须连续，有An=Bn
➢ 电场强度y分量
Ey
y
n1,3,5..
n
Np / m
c
Rs Z0W
Np / m
1.聚苯乙烯（εr＝2.55）微带的特性阻抗Z0＝50 欧，求其形状比W/h值。
若Z0＝50欧的微带制作在Al2O3 （εr＝9.9）基 板Z上0随，W求的其增形加状而比减W小/d值。
2.计Z0算相微同带，线基的板宽的度介电和常长数度ε，r越要小求，在W3/.d0的GH值z越有大 75欧的特性阻抗和90º相移。基片厚度为d＝ 0.127cm， εr＝2.20。
引言
波导 同轴线 带状线 微带线
介质基板的要求： 介电常数高，随频率的变化小 损耗小 纯度高，均匀、各向同性 与导体的粘附性好 导热性好 有一定的机械强度、便于切割等 化学稳定性好，耐腐蚀 价格便宜
1.主要用途
导体的要求： 电阻率低 电阻随温度的变化系数小 粘附性好 易腐蚀，易焊接 易于沉积电镀