【经验】宽边和边缘带状线耦合器的设计方法

时间： 2018-05-23 来源：Rogers

技术问答

ROGERS（罗杰斯）是全球性的制造企业，总部设在美国。作为材料技术领域的世界领先者，通过提供先进的材料技术、应用知识和全球化生产及设计协作，推动着材料领域可靠性、效率和性能的持续突破。

本文通过Rogers PCB板材详细讲解宽边和边缘带状线耦合器的设计方法，对耦合器的设计具有很大的参考意义。

设计人员希望通过设计一个四端口带状线耦合器器件，在两条线路之间以所需比例分割射频功率。对于此设计，耦合器应由两条平行的带状线传输线组成，它们具有相等的宽度，与地平面的距离相等，并且它们之间的距离相等，在设计频率下运行1/4波长的距离。连接到两条线的两端被排列在耦合区域之外并具有设计特征阻抗（Z0）。端口1和2在驱动线路上，耦合线路的端口3与端口2相邻，端口4与端口1相邻。最大耦合处于设计频率，并表示为端口4与端口1的功率比，用分贝表示（dB）单位。理想情况下，端口1上的所有功率入射在端口2和4之间分离，而没有到端口3。由于dB单位是-10log₁₀（功率比），较高的耦合系数由较低的正dB值表示。3dB表示端口2和4之间近似相等的功率分配，而10dB表示与另一条线路的9到1分离或更低的耦合。

为了便于耦合带状线器件的设计，下面展示了特性阻抗Z0和以分贝（dB）为单位的耦合系数与线间距和线宽相关的公式。通常用于高耦合的带状线宽边耦合器由如图1所示，三个电路板在接地层之间形成两个信号层。通常用于低耦合的带状线边沿耦合器只需要两个带单一信号层的电路板，如图2所示。

图1

图2

公式的D，Z0和V之间的某些关系对于宽边和边沿耦合器是共同的，如A部分所示。注意，对于B部分中的宽边情况，符号s和w表示线间距和线宽与总地平面间距。总地平面间距是三块板的厚度的总和。注意，对于C部分中的沿边情况，符号w，s和b分别表示宽度，间隔和地平面间距的尺寸单位值。

对两种情况都做了几个假设：

1.导体的厚度被认为可以忽略不计。

2.耦合线具有相同的宽度。

3.耦合线两侧的地平面距离相等。

4.电介质材料完全填充未被导体占据的地平面之间的空间，这是通过结合实现的条件。

5.所有介电材料层具有相同的相对介电常数。

宽边耦合器

D =以dB为单位的耦合系数

ZO =以欧姆为单位的整体特征阻抗

V =电压比

s =行距与地平面间距的比值

er =相对介电常数或介电常数

tanh^-1 (i) = i的弧双曲正切

K（k）=第一类与模数k的椭圆积分，K（k）可以由一个收敛的无限级数来确定。

边缘耦合器

使用w，s和b值来获得ZOe和ZOo的值，然后用它们来获得D和ZO。

w =线的宽度

s =行之间的间距

b =地平面间距

tanh（i）= i的双曲正切

coth（i）= i = 1 / tanh（i）的双曲余切值

针对上述设计理论，通过对ROGERS公司的RT/duroid 6002,RT/duroid 5870,RT/duroid 5880,RT/duroid 6006,RT/duroid 6010等高频层压板进行具体设计实验，结果如下表所示：

类型	边缘距	中心板距	线板距	耦合宽度	间距比	板间距	线距	线宽	耦合系数	整体阻抗比
5880	0.031	0.005	0.200	1.47	9.83	0.031	0.005	0.025	9.74	68.35
5870	0.031	0.005	0.200	1.47	9.55	0.031	0.005	0.025	9.74	66.59
6002	0.030	0.005	0.060	1.88	22.53	0.030	0.005	0.020	9.30	64.96
6006	0.050	0.010	0.100	2.22	17.50	0.025	0.005	0.015	9.65	44.77
6010	0.050	0.010	0.125	2.11	11.39	0.025	0.005	0.010	8.89	43.78
TMM-3	0.060	0.015	0.200	2.42	17.36	0.030	0.005	0.025	9.95	55.47
TMM-4	0.060	0.005	0.200	2.42	14.80	0.030	0.005	0.020	9.30	52.50
TMM-6	0.050	0.005	0.200	2.76	11.81	0.025	0.005	0.015	9.65	48.36
TMM-10	0.050	0.005	0.175	2.82	10.68	0.025	0.005	0.010	8.89	46.10

通过对表格对比发现：

使用宽边和边缘带状线耦合器的设计方法所有PCB板材的边缘距均小于0.06mm，中心板距小于0.015mm，线板距小于0.2mm，板间距最大为0.031，说明使用该方法可以显著优化器件的耦合边缘性能；

耦合宽度最大为2.82，最小可达1.47，耦合性能优异；

间距比最大为22.53，线距为统一的0.005mm，线宽均不超过0.025mm，有利于减小PCB的尺寸，提高EMC性能。

耦合系数较小，整体阻抗比均小于60，说明系统的耦合性能优异。实验说明：宽边和边缘带状线耦合器的设计方法可以很好的提高PCB的性能。

发送到邮箱 |
+1 赞 0
收藏
评论 0
| 转发至：

本文由karl翻译自Rogers，版权归世强硬创平台所有，非经授权，任何媒体、网站或个人不得转载，授权转载时须注明“来源：世强硬创平台”。

全部评论（0）

暂无评论

【技术大神】电路板不同参数对应的射频微带线宽与插损评估

罗杰斯TMM高频层压板是高可靠性的带状导线和微带线应用的理想选择，并且通过了RoHS认证，是环保型产品。

设计经验发布时间 : 2017-11-07

罗杰斯高频层压板RO3003G2，77G汽车雷达PCB材料的选择

毫米波雷达技术正逐渐扩展到民用领域，如汽车驾驶辅助系统的雷达传感器。其中77G毫米波雷达是汽车前向的主流方向，主要应用于前向防碰撞、自动巡航。77G毫米波雷达频率已经达到E波段，对PCB材料损耗因子和介电常数稳定性等特性都有极为严苛的要求。罗杰斯公司在RO3000系列PTFE材料基础上开发了RO3003G2高频层压板，适用于77G汽车毫米波雷达传感器设计。

设计经验发布时间 : 2023-12-30

【经验】两步法搞定ROGERS的RT/duroid®高频层压板的刻蚀后应力的释放

RT/duroid®层压板是在刻蚀掉表面的Cu之后，会产生非常严重的尺寸形变偏差。对于这类问题ROGERS提供了非常有效的一种方法——两步刻蚀法。两步刻蚀法可以消除90%的尺寸收缩，助您发挥层压板材料的最佳性能

设计经验发布时间 : 2019-03-19

Rogers（罗杰斯）高频层压板材料和粘结材料选型指南（中文）

描述- 罗杰斯公司是世界级领先的高性能电介质、高频层压板和半固化片生产商，产品广泛应用于高可靠性、无线与有线（数字）基础设施、汽车雷达传感器、卫星电视、移动互联网设备和高级芯片封装中的微波和射频印制电路、以及相关应用。

型号- RO4534,RO3203,RO4533,TC 系列,KAPPA® 438,RO4003C,RO4533™,5880LZ,ISOCLAD933,CLTE-MW,ISOCLAD 933,RT/DUROID 6002,CUCLAD 217,RO3035™,COOLSPAN® TECA,RO4725JXR™,CUCLAD,CLTE™,6010.2LM,TMM®,CLTE-AT™,RT/DUROID 6006,RO4730G3 LOPRO®,RO4003C LOPRO®,RO4534™,XTREMESPEED™R01200M,RO4835T™,6002,RO3210,AD1000™,R03003™,AD350A™,10I,AD255C™-IM,RO3006™,RO4730G3™,RO3010™,TC600™,RO3206,AD 系列™,RO4535,RT/DUROID 6202PR,RO4535™,RT/DUROID5870,RO4835 LOPRO®,RO4534 LOPRO®,RO4533 LOPRO®,ISOCLAD917,6250,RO4730G3 ED,AD250C™,RO3003G2™,RO4360G2,ISOCLAD® 917,CUCLAD 233,RT/DUROID® 5880LZ,6006,TC600,RO4835™,RO4535 LOPRO,AD300D™-IM™,RO3035,RO4835IND™ LOPRO,TMM 13I,R03206,MAGTREX® 555,CLTE-XT™,RO3210™,AD255™,AD300™,RO3206™,TMM® 3,RO4350B LOPRO®,TMM 10,RT/DUROID® 5870,TC350,RO4360G2™,RO3003,CLTE-MW™,RO3000,CLTE,DICLAD® 880,RO3003G2,13I,RO4350B,CUCLAD 250,RT/DUROID 5870,DICLAD 527,DICLAD527,AD255C™,RO3003™,6700,DICLAD 880,CLTA™,DICLAD® 527,RT/DUROID 5880LZ,RO3000® 系列,RO4000® 系列,RT/DUROID 6202,TC350 PLUS,RO4350B™,6202,RO3010,RT/DUROID 6035HTC,DICLAD® 系列,ISOCLAD® 系列,RO4450F™,AD300D™,CUCLAD® 系列,RT/DUROID 5880,AD350™,AD350,R04450T™,DICLAD 870,6202PR,SPEEDWAVE® 300P,ANTEO™,CLTE-XT,RO3006,RO4830™,TMM 10I,AD1000,5880,AD300,TMM 6,TMM 4,RT/DUROID 6010.2LM,CU4000 LOPRO,RO3203™,RO4003C™,AD250™,2929,TC350™,DICLAD® 870,R04460G2™,588018X12H1/H1R30200+-001DL,R03203™,CU4000,CLTE-AT,DICLAD® 880-IM,CLTE 系列™,AD250,6035HTC,AD255,RO4835,RO3003M™,CUCLAD® 217

选型指南 - ROGERS - 2023/7/25 PDF 中文下载

Rogers（罗杰斯）高频层压板材料和粘结材料选型指南（英文）

描述- Rogers Corporation is the world’s leading manufacturer of high performance dielectrics, laminates and prepregs used in microwave and RF printed circuit and related applications in Aerospace & Defense, Wireless & Wireline (digital) Infrastructure, Automotive Radar Sensor, Satellite TV, Mobile Internet Device and High End Chip Scale Packaging.

型号- RO4534,RO3203,RO4533,KAPPA® 438,RO4003C,RO4533™,AD300D-IM,CLTE-MW,COOLSPAN,ISOCLAD 933,RT/DUROID 6002,CUCLAD 217,AD255C,RO3035™,AD300D,COOLSPAN® TECA,RO4725JXR™,AD250TM,CUCLAD,CLTE™,6010.2LM,CLTE-AT™,RT/DUROID 6006,RO4003C LOPRO®,RO4730G3 LOPRO®,RO4534™,XTREMESPEED RO1200,CLTE SERIES,CUCLAD® 6250,RO4835T™,6002,RO3210,RO4350B LOPRO,AD350A™,AD255C™-IM,RO3006™,RO4730G3™,RO3010™,TC600™,RO3206,RO4535,RT/DUROID 6202PR,RO4535™,RO4835 LOPRO®,RO4534 LOPRO®,RO4533 LOPRO®,6250,RO4730G3 ED,TC600TM,AD255TM,RT/DUROID 6202PR 0.005",AD250C™,RO3003G2™,RO4360G2,ISOCLAD® 917,CUCLAD 233,RADIX,RT/DUROID® 5880LZ,AD350A,6006,TC600,RO4835™,RO4535 LOPRO,TMM®10,AD300D™-IM™,DICLAD,RO3035,RO4835IND™ LOPRO,KAPPA,RO4000,TMM 13I,AD SERIES,RO4730G3,CLTE SERIES™,MAGTREX® 555,TMM®13I,ISOCLAD,CLTE-XT™,RO3210™,CUCLAD 6700,TMM® 3,RO3206™,RO4350B LOPRO®,ANTEO,RT/DUROID 6202PR 0.020",XTREMESPEED™ RO1200™,TMM 10,RT/DUROID® 5870,TC350™ PLUS,TC350,RO4360G2™,RO3003,RT/DUROID 6010.2 LM,CLTE-MW™,RO3000,CLTE,DICLAD® 880,RO3003G2,588018X12H1/H1R30200+-001DI,RO4350B,AD300TM,CUCLAD 250,RT/DUROID 5870,DICLAD 527,RO4835T,AD255C™,RO3003™,6700,RO4460G2™,DICLAD 880,DICLAD® 527,RT/DUROID 5880LZ,RT/DUROID 6202,RO4835IND,TC350 PLUS,AD350TM,RO4350B™,6202,RO3010,RT/DUROID 6035HTC,RO4450F™,RO4835 LOPRO,AD300D™,RT/DUROID 5880,RT/DUROID 6202PR 0.010",DICLAD 880-IM,AD350,KAPPA 438,DICLAD 870,6202PR,SPEEDWAVE® 300P,ANTEO™,CLTE-XT,RO3006,RO4830™,RO4830,TMM 10I,5880,AD300,AD255-IM,RT/DUROID,TMM 6,TMM 4,TMM®10I,DICLADR 880-IM,RT/DUROID 6010.2LM,TC350 TM,CU4000 LOPRO,RO3203™,ISOCLAD 917,RO4003C™,2929,TC350™,RO4460G2,DICLAD® 870,RO4450F,TMM,CLTE-AT,RO4450T™,TMM®4,AD250,AD250C,TC SERIES,TMM®3,6035HTC,AD255,RO4835,CUCLAD® 217,TMM®6,RO4450T

选型指南 - ROGERS - REV. 12/ 2023 - 12/ 2023 PDF 英文下载

罗杰斯RTduroid®6035HTC高频层压板具备高热导率、低损耗因子等优势，是高功率设备的理想之选

RT/duroid®6035HTC高频电路材料是应用于高功率射频和微波设备的陶瓷填充PTFE复合材料。

产品发布时间 : 2024-10-25

RT/duroid® 6002 高频层压板数据资料表

型号- RT/DUROID 6002,RT/DUROID® 6002

数据手册 - ROGERS - 080822 PDF 中文下载查看更多版本

RT/duroid® 5870 / 5880高频层压板数据资料表

型号- RT/DUROID 5870,RT/DUROID 5880,RT/DUROID® 5880,RT/DUROID® 5870

数据手册 - ROGERS - 080822 PDF 中文下载

RT/duroid® 5870 /5880高频层压板RT/duroid® 5870 /5880

型号- RT/DUROID®5870/5880,RT/DUROID® 5880,RT/DUROID® 5870

数据手册 - ROGERS - 2017/08/01 PDF 中文下载

RT/duroid® 6202PR 高频层压板数据资料表

型号- RT/DUROID 6202PR,RT/DUROID® 6202PR

数据手册 - ROGERS - 080822 PDF 中文下载查看更多版本

常见的PCB板材有哪些？都有什么优缺点？比如FR-4外还有哪些？

一般PCB板材有如下分类：1.94HB:普通纸板，不防火(最低档的材料，模冲孔，不能做电源板)2.94V0:阻燃纸板 (模冲孔)3.22F: 单面半玻纤板(模冲孔)4.CEM-1:单面玻纤板(必须要电脑钻孔，不能模冲)5.CEM-3:双面半玻纤板(除双面纸板外属于双面板最低端的材料)6.FR-4: 双面玻纤板，一般的FR-4与高Tg的FR-4的区别:是在热态下，特别是在吸湿后受热下，其材料的机械强度、尺寸稳定性、粘接性、吸水性、热分解性、热膨胀性等各种情况存在差异，高Tg产品明显要好于普通的PCB基板材料。向您推荐：Rogers（罗杰斯）先进线路板材，详情请参考： Rogers（罗杰斯）先进线路板材，希望对您有帮助

技术问答发布时间 : 2018-10-18

RT/duroid® 6006/6010LM 高频层压板数据资料表

型号- RT/DUROID® 6006,RT/DUROID® 6010.2LM,RT/DUROID® 6010LM,RT/DUROID 6010LM,RT/DUROID 6006

数据手册 - ROGERS - 080822 PDF 中文下载

RT/duroid® 6035HTC 高频层压板数据资料表

型号- RT/DUROID 6035HTC,RT/DUROID® 6035HTC

数据手册 - ROGERS - 091721 PDF 中文下载查看更多版本

Rogers的AD300C和AD300A高频层压板有何区别？

Rogers的AD300C是AD300系列高频层压板的第三代产品，AD300A为第二代产品。二者Dk，Df，CTE，TcDk均略有差异。特性比较图如下：

技术问答发布时间 : 2018-09-21

PCB板材选型：低加工成本的Rogers PCB板材，广泛应用于24/77GHz毫米波汽车雷达

ROGERS（罗杰斯）是材料技术领域的世界领先者，产品覆盖对技术要求最苛刻的电路应用领域，Rogers PCB板材可轻松应对汽车雷达的高性能及高性价比要求。世强是Rogers PCB板材中国区独家代理商，可供应Rogers PCB板材，库存丰富，价格优惠，提供Rogers PCB板材数据手册，Rogers PCB板材选型，Rogers PCB板材技术服务等。

原厂动态发布时间 : 2018-08-13