如何優(yōu)化毫米波電路中的傳輸線性能

　　在設(shè)計(jì)中，可以采用多種不同的傳輸線技術(shù)來進(jìn)行信號的傳輸，如常見的同軸線、微帶線、帶狀線和波導(dǎo)等。而對于PCB平面電路，微帶線、帶狀線、共面波導(dǎo)（CPW），及介質(zhì)集成波導(dǎo)（SIW）等是常用的傳輸線技術(shù)。但由于這幾種PCB平面?zhèn)鬏斁€的結(jié)構(gòu)不同，導(dǎo)致其在信號傳輸時(shí)的場分布也各不相同，從而在PCB材料選擇、設(shè)計(jì)和應(yīng)用，特別是毫米波電路時(shí)表現(xiàn)出不同的電路性能。本文將以毫米波下通用的PCB平面?zhèn)鬏斁€技術(shù)展開，討論電路材料、設(shè)計(jì)等對毫米波電路性能的影響，以及如何優(yōu)化。

　　幾年前，毫米波電路還僅僅用于航天、衛(wèi)星通信、通信回傳等特殊專有的領(lǐng)域。然而，隨著無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展，對更高的數(shù)據(jù)傳輸速率、更小的傳輸延遲、更寬的帶寬等需求促使毫米波頻段逐漸被用在移動(dòng)通信覆蓋例如，802.11ad WiGig，5G等領(lǐng)域；隨著主動(dòng)安全駕駛和未來無人駕駛技術(shù)的發(fā)展，汽車對測距測速的要求越來越高，毫米波也被使用在如77GHz的汽車?yán)走_(dá)領(lǐng)域。但是，對于設(shè)計(jì)工程師來說，毫米波電路的設(shè)計(jì)與低頻段射頻電路設(shè)計(jì)存在著顯著的不同。毫米波頻段下不同傳輸線技術(shù)的色散輻射或高次模、阻抗匹配、信號的饋入技術(shù)等都將直接影響電路最終的性能。

　　微帶線是最為常用且結(jié)構(gòu)最簡單的傳輸線技術(shù)而被廣泛使用。它僅僅依靠上層銅箔形成的信號線路、中間層介質(zhì)和下層銅箔形成接地平面即可構(gòu)成。結(jié)構(gòu)非常簡單且易于加工，性價(jià)比高，并能夠滿足不同結(jié)構(gòu)的表面安裝要求，如圖1所示。接地共面波導(dǎo)（GCPW）結(jié)構(gòu)與微帶線相似，但在上層銅箔導(dǎo)體的兩側(cè)有接地平面，且通過金屬過孔將上層和底層地平面相連。帶狀線的結(jié)構(gòu)與微帶線或共面波導(dǎo)線均不同，它的信號導(dǎo)體位于中間層，而上、下兩層是接地平面而中間填充介質(zhì)，幾乎可以看作是扁平的同軸線結(jié)構(gòu)。如圖1中場力線分布，微帶線與GCPW的信號傳播方向上并不存在場分量。但由于這兩種傳輸線的電、磁場并不完全分分布于電介質(zhì)中，有少部分場力線位于空氣中；導(dǎo)致信號在電介質(zhì)中與空氣中傳輸?shù)?a href='http://wenjunhu.com/tags/te/' target='_blank' class='arckwlink_none'>TEM波的相速不同，其分界面并不能完全實(shí)現(xiàn)相位匹配。因此這兩種傳輸線模式是準(zhǔn)TEM波模式。而帶狀線的場力線上下對稱分布于中間層介質(zhì)中，因此帶狀線的傳輸模式是TEM波模式。