微带线和接地共面波导电路的比较与选择

时间： 2016-05-20 来源：微波杂志

代理服务

技术支持

现货查询

批量订货

电路设计者往往需要选用某种电路技术，如微带线或共面波导(GCPW)等，以及某种电路设计和某种电路材料来实现最优的性能。可以从电气特性和热特性等参数对电路材料进行比较，如介电常数、损耗、功率容量及高频带宽等。电路传输技术如微带线和接地共面波导电路都各有其优缺点，通过对两者的仔细比较有助于发现他们各自的特点。

微带线电路是在高频印刷电路板(PCB)介质的一面分布传输导线另一面分布导体金属接地面构成的。微带线电路性能受诸多材料相关参数的影响，包括介质材料厚度、导体金属厚度、铜-介质面铜箔导体粗糙度或光滑度等参数。

接地共面波导又称导体衬底共面波导(CBCPW)，相比于微带线，由于接地共面波导不仅在介质底面有接地面且在介质顶部信号传输线两侧也分布着接地面，因此其具有更大的接地面积。GCPW通过使用接地面包围信号线的方式实现了电气性能的稳定。

微带线和接地共面波导电路的传输模式均为准横电磁模(准-TEM)。由于GCPW电路增强的接地结构，一定程度上其机械加工也更加复杂。相比于微带线，GCPW电路具有低色散特点，当频率上升到毫米波波段时，GCPW电路比微带线电路的辐射损耗也更低。

由于增强的接地结构，GCPW电路比微带线电路具有更宽的有效带宽和更大的阻抗范围。然而，微带线电路结构相对稳健，其简单的底部接地面电路结构便于加工。此外，微带线电路性能对电路加工因素不敏感，其电路性能受导体/间隙刻蚀差异和导体厚度差异的影响更小。

为比较两种高频电路技术，在罗杰斯公司RO4000®系列电路材料上加工了多个电路，所用电路材料为10mil厚度，0.5oz 电解铜的RO4350B™层压板。物理结构的差异导致不同电路传输线周围的电磁场模式也产生巨大差异。在微带线电路中，电磁场大部分分布在顶部信号面和底部接地面之间，且信号导体边缘具有很强的场分布。而在GCPW电路中，电磁场主要分布在共面电路层上的接地面-信号线-接地面（GSG）区域之间。相比于微带线电路，GCPW电路顶部信号面和底部接地面之间的场分布更弱。GCPW电路的导体损耗比微带线要高，但其临近的接地面结构使其具有更低的辐射损耗且更利于抑制寄生模式。

即使电路加工工艺存在某些不一致性，微带线电路仍能提供较稳定一致的电路性能。GCPW电路在高频段工作时具有更低的损耗，但GCPW电路性能更易受加工工艺的影响。例如，对于微带线电路，更厚的铜导体仅导致PCB有效介电常数和插入损耗略为减小。而GCPW电路，更厚的铜导体会对电路产生较大的影响。厚的铜导体会导致地-信号-地之间电场强度的显著增加，且会明显降低电路的有效介电常数和导体损耗。

GCPW电路的大部分电磁场能量是通过介电常数为1的空气传播而不是通过高介电常数的导体金属或介质材料传播，这导致了GCPW电路较低的有效介电常数；同时，GCPW电路中使用的宽导体有助于降低导体损耗；此外，GCPW电路的厚铜结构使电路具有更高的导体壁，这也将增加铜导体周围空气空间中传输的电磁能量并降低有效介电常数和电路损耗。

GCPW电路在设计和加工中具有弱耦合和强耦合两种方式，不同耦合方式导致的性能差异是明显的。例如，弱耦合和强耦合电路对导体使用的表面处理技术的表现是不同的，如化学镍金表面处理工艺(ENIG)。由于镍比铜的导电性差，使用ENIG表面处理的电路相比于裸铜电路，其导体损耗更高。此外，使用相同ENIG表面处理工艺的强耦合GCPW电路比弱耦合电路的导体损耗更高，特别是当信号通过多层电路传播且各层铜导体都经过ENIG表面处理时更加明显。因此，对于同种电路技术由于某些差异也会导致如损耗和性能的不同，如表面处理、弱耦合或强耦合以及导体宽度等因素的差异。

微带线和接地共面波导都是已被证明的高频传输技术且两者均能在微波频段及更高频段提供良好的性能。两种传输线各自具有不同的电路布局。对于特定电路技术，电路材料的选择会对电路的最终性能产生影响。总的来说，微波波段的微带电路比GCPW电路具有更低的损耗，特别是当存在加工差异时微带线电路的影响更小。但当频率逐渐升高甚至到毫米波波段时，GCPW电路将具有更低的色散和辐射损耗。而且，毫米波波段的GCPW电路比微带线电路也具有更宽的带宽。此外，当需要寄生模式抑制时，GCPW电路比微带线电路具有更好的模式抑制。

发送到邮箱 |
+1 赞 0
收藏
评论 4
| 转发至：

本网站所有内容禁止转载，否则追究法律责任！

全部评论（4）

黑色幽默2017 Lv6. 高级专家 2018-09-20

很详细，学习了
小马过河 Lv3. 高级工程师 2018-09-19

学习了
Chase Lv7. 资深专家 2018-06-02

学习
luose Lv8. 研究员 2017-10-19

学习了

没有更多评论了

【技术大神】基于RO4350B板材的微带传输线在24GHz的插入损耗

RO4350B达到了成本和高频性能的最优化，是最具性价比的低损耗高频板材。为了更好的实现设计要求，笔者在设计微带阵列天线时研究了基于RO4350B板材的微带传输线在24GHz的插入损耗。

2016-07-25 - 技术探讨代理服务技术支持现货查询批量订货

低成本射频板材RO4350B，可与FR4混压

Rogers的RO4350B不仅具有良好的高频性能，射频损耗低等优良的电特性，而且具有生产成本低，可以和FR4多层混压等优秀的其它特性，称得上是一种高性价比的射频板材。

2016-07-24 - 技术探讨代理服务技术支持现货查询批量订货

【技术】微带线与接地共面波导的比较

使用微带线或是接地共面波导等不同传输线技术的选择会影响电路设计的最终性能。

2017-03-25 - 技术探讨代理服务技术支持现货查询批量订货

【技术】计算微带线宽度时所需要的电路板材参数介绍

对于Rogers公司推出的TMM微波层压板而言，其不同厚度与类型下的微带线所对应的宽度和有效介电常数都不同。此外，与带状线结构不同，微带线的有效介电常数和阻抗随频率而变化。因此，本文讨论了上述情况中的微带线宽度与有效介电常数设计，旨在帮助工程师更好的设计与挑选产品。

2018-03-17 - 设计经验代理服务技术支持现货查询批量订货

微波毫米波射频板板材及技术应用优势

微波毫米波射频板对板材有特殊的要求，主要包括低介电常数、低介质损耗、良好的热导率、优异的尺寸稳定性和加工性能等。罗杰斯（Rogers）和泰康利（Taconic）是两个知名的高频板材供应商，它们生产的板材广泛应用于微波和毫米波射频板中。F4B板材也是一种用于射频应用的板材。本文鑫成尔电子解析了微波毫米波射频板板材及技术应用优势。

2024-05-16 - 设计经验

【选型】比传统FR-4材料高6-8倍导热系数的92ML板材，助力解决高端通信电源、工业电源的散热问题

传统的电源电路板是FR4材料，又称为环氧玻璃布层压板，其导热系数约为0.25～0.4W/M.K。ROGERS推出了92ML板材，该板材采用环氧树脂填充陶瓷，导热系数（Z轴）为2.0 W/m-K，是普通的FR-4材料的6-8倍。以有效降低高端通信电源/工业电源中大功率器件的结点温度，从而使器件的使用寿命大大增加，特别适合在稳定性要求高、环境温度更加苛刻、密封的环境下使用。

2016-10-12 - 原厂动态代理服务技术支持现货查询批量订货

【经验】在毫米波电路中应用GCPW电路技术获得优异电路性能

随着现代通信技术的迅速发展，低频以及微波频段的频谱资源日益枯竭，越来越多的无线应用正在向更高的毫米波（mmWave）频率拓展。例如：第五代（5G）无线蜂窝移动通信以及高级驾驶员辅助系统（ADAS）等应用，均采用了24GHz以上的频段。

2020-09-17 - 设计经验代理服务技术支持现货查询批量订货

【经验】有了板材温升计算小软件MWI，板材的热设计so easy

WMI-2017是Rogers公司开发专门用于计算板材温升和阻抗等指标的小软件，很多常用的Rogers板材都已经在软件中有了参数模型。

2017-08-08 - 设计经验代理服务技术支持现货查询批量订货

浅析“热塑性”和“热固性”线路板材料的差异

热塑性和热固性两种类型的复合材料通常用于印刷电路板的介电层，或者作为粘合剂用于制造覆铜板，但它们有什么不同？二者有什么优缺点？你是否如何在二者之间选择？这里有你要的答案！

2019-09-05 - 技术探讨代理服务技术支持现货查询批量订货

天线设计者的福音：介电常数2.55低插损板材

AD255C是Arlon推出的第三代用于微波及射频的商业级高频板材，该板材采用PTFE填充陶瓷，并增加玻纤布。

2016-02-29 - 新产品代理服务技术支持现货查询批量订货

【产品】介电常数4.38的Kappa™438高频板材，高可靠性带状线和微带线应用的理想设计选择

罗杰斯Kappa™438高频板材在10GHz带状线下测得的介电常数为4.38，更高的介电常数有利于微波电路中参数的控制（如阻抗控制），从而可以有效地缩小电路板尺寸，节省设计空间。在10GHz、23℃下测得损耗因子仅为0.005，极低的介质损耗可以确保新型材料具有更小色散和损耗，提高系统的传输效率。

2016-10-18 - 新产品代理服务技术支持现货查询批量订货

【应用】导热系数达到2 W/M•K的92ml板材为水泵控制器降温

Rogers 92ML系列板材和FR4板材相比，其顶面（Top）的温度可以降低约30℃，其底面（Bottom）的温度可以降低约37℃

2019-09-05 - 新应用代理服务技术支持现货查询批量订货

罗杰斯板材RO3003在77G时的介电常数是多少？

如果是5mil的板材，采用半盎司的压延铜DK为3.03，如果是半盎司的ED铜则DK值为3.158。

2017-09-20 - 技术问答

【选型】79GHz微波电路优选带有压延铜的RO3003板材

电解（ED）铜通常具有约2um RMS的表面粗糙度并且可以影响约1GHz的RF性能。压延铜具有更平滑的表面粗糙度，约为0.35umRMS，并且在约40GHz之前不会影响RF /微波电路性能，ROGERS的RO3003 压延铜是最好的选择，其表面粗糙度约0.35um RMS，较接近其趋肤深度。而且RO3003板材具有商业级中非常优秀的Df值，仅为0.001.其在77GHz的插损为0.9dB/in