使用高頻板材能夠設(shè)計(jì)制造出微帶線、帶狀線、共面線等幾大類型高頻傳輸線，共面線又包含共面帶線、共面波導(dǎo)以及槽線等多種結(jié)構(gòu)形式。除微帶線以外，共面波導(dǎo)也是高頻電路工程設(shè)計(jì)中比較實(shí)用的一種傳輸線結(jié)構(gòu)形式。

共面波導(dǎo)傳輸線的特性分析及工程應(yīng)用

下面簡要分析共面波導(dǎo)的性能特點(diǎn)，并通過實(shí)際工程案例分享應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。

微帶線與共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)形式：

圖1：微帶線與共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)

圖1中所示左右兩邊分別為微帶線結(jié)構(gòu)和共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，通過看圖我們直觀的發(fā)現(xiàn)，共面波導(dǎo)可以理解成微帶線的一種演化和升級。與微帶線相比，共面波導(dǎo)在傳輸線兩側(cè)增加了大面積的接地平面，其結(jié)構(gòu)略微復(fù)雜。

圖2：微帶線的電磁場分布

如圖2所示，微帶線是一種半開放式的傳輸線結(jié)構(gòu)，信號傳輸時(shí)會(huì)出現(xiàn)空間輻射的現(xiàn)象，屬于準(zhǔn)TEM模傳輸線。與微帶線相同，共面波導(dǎo)也是半開放式的傳輸線結(jié)構(gòu)，同為TEM模傳輸線。而共面波導(dǎo)因其信號線被大面積接地圖案包圍的特點(diǎn)，可以有效的減小傳輸時(shí)向外輻射的信號強(qiáng)度，產(chǎn)生的電磁輻射較小。

根據(jù)傳輸線的結(jié)構(gòu)進(jìn)行微帶線和共面波導(dǎo)建模：

圖3：傳輸線建模

傳輸線特性阻抗測試：

圖4：傳輸線特性阻抗測試曲線

圖4中紅色和藍(lán)色的曲線分別表示微帶線和共面波導(dǎo)特性阻抗的實(shí)部和虛部。

再看看傳輸線彎曲對微帶線和共面波導(dǎo)的影響：

圖5：彎曲傳輸線建模

彎曲傳輸線的駐波和特性阻抗變化曲線：

圖6：彎曲傳輸線駐波

圖7：彎曲傳輸線特性阻抗

圖6、圖7中紅色和藍(lán)色曲線分別代表微帶線和共面波導(dǎo)駐波及特性阻抗。通過測試表明：共面波導(dǎo)在寬頻帶內(nèi)特性阻抗及駐波波動(dòng)范圍小、變化連續(xù)平順。

綜合上述分析，共面波導(dǎo)具有如下特點(diǎn)：

1）在信號傳輸時(shí)對附近電路的輻射干擾小，具有較好的抗干擾性；

2）在寬頻帶范圍內(nèi)具有特性阻抗變化小，傳輸特性對版圖變化不敏感，尤其在高頻率工作條件下電氣性能穩(wěn)定可靠。

寬帶功率分配電路是寬帶接收機(jī)中常用的功能子電路，該電路需要在寬頻帶范圍內(nèi)有良好的帶內(nèi)平坦度。此外，寬帶接收機(jī)因其高靈敏度的特點(diǎn)，其功能子電路的抗干擾性是電路設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮的要素。

共面波導(dǎo)傳輸線的特點(diǎn)符合寬帶接收機(jī)中功分電路的整體設(shè)計(jì)要求，在實(shí)際工程當(dāng)中，電路的實(shí)現(xiàn)和制造面臨兩個(gè)問題：

1）因?yàn)楣裁娌▽?dǎo)傳輸線大面積版圖接地的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，制造出的電路板調(diào)試空間有限，因此在批量生產(chǎn)時(shí)對電路的一致性有較高的要求；

2）設(shè)備物料的成本控制。

電路要實(shí)現(xiàn)較高的批量一致性需要使用優(yōu)良性能的高頻板材，但這類板材的價(jià)格一般比較高，兩者之間存在矛盾。ROGERS公司的高頻板材RO4350B介電常數(shù)穩(wěn)定性高，ξr的波動(dòng)范圍僅為±0.05，能有效地解決電路批產(chǎn)時(shí)出現(xiàn)的指標(biāo)漂移和不便調(diào)試的問題；該板材出貨量大、價(jià)格經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，在滿足電路實(shí)際工程需求的同時(shí)也有效地控制了成本。

以RO4350B板材為基礎(chǔ)，使用共面波導(dǎo)設(shè)計(jì)工作頻帶為3.5GHz~5.5GHz的寬帶功分器。

計(jì)算共面波導(dǎo)功分器的結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)：

a）四分之一波長50Ω傳輸線

W=2.4mm、L=12.1mm、G=0.5mm；

b）四分之一波長70.7Ω傳輸線

W=1.5mm、L=12.1mm、G=1mm。

構(gòu)建共面波導(dǎo)功分器電路：

圖8：功分器電路

共面波導(dǎo)功分器的性能指標(biāo)測試：

圖9：共面波導(dǎo)功分器帶性能曲線

功分電路在3.5GHz~5.5GHz范圍內(nèi)幅度波動(dòng)很小，有效地減小了電路對接收機(jī)通帶增益不平度的影響，免去了不少額外的增益補(bǔ)償電路，簡化了寬帶接收機(jī)的整體方案，提高了機(jī)器整體的穩(wěn)定性。

總結(jié)

工程中使用高頻板材可以制作多種結(jié)構(gòu)形式的傳輸線，每種結(jié)構(gòu)的傳輸線都有其各自的性能特點(diǎn)，選擇合適的傳輸線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)高頻電路能夠幫助設(shè)計(jì)者揚(yáng)長避短，更加輕松的解決實(shí)際問題。同時(shí)，在電路實(shí)現(xiàn)時(shí)應(yīng)全面考慮，處理好性能與成本之間的矛盾。

選用合適的高頻板材進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，在滿足實(shí)際需求的同時(shí)還能降低成本，并做出性價(jià)比更高、更具市場競爭力的產(chǎn)品。