共面波导的优化设计

时间： 2016-05-06 来源：电子电力博客

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通常情况下，从射频到毫米波频段，高频电路设计者会设计大量不同的电路以获得不同需要的解决方案。共面波导（CPW）电路是普遍应用于微带线技术中一种解决方案。传统的共面波导是在介质基片的某个面上制作出导体线，并在紧邻导体线的两侧制作接地平面。接地共面波导（GCPW或CBCPW）电路是传统共面波导的一种改进电路，GCPW是在CPW电路结构的底面增加了一个接地平面，并通过过孔连接上下接地面。

CPW和GCPW两种电路都对邻道信号具有极好的隔离度，从而可以降低在高密度电路中的串扰。与CPW相比，GCPW有以下三个方面的优势：首先，GCPW会使不连续处辐射量增加，其原因是 GCPW中接地过孔的设计会影响阻抗，并增加损耗，此外当工作频率升高时，相比微带线电路， GCPW地孔的设计可以允许更大的介质材料厚度；其次，在大功率电路应用中，GCPW比CPW的散热性能更佳，而且增加的接地平面也提高了电路的机械稳定性；最后，当工作在微波和毫米波频率时，对于相同电路材料的微带线和GCPW，GCPW的表面波泄露和辐射损耗更小。

在毫米波及以下频段，CPW和GCPW的生产工艺相对简单且电路的稳定性良好。通过传输线传播的电磁波能量，特别是GCPW，其大部分能量都保留在 PCB介质材料内部。和微带线电路相比，虽然CPW和GCPW都具有较高的导体损耗，但CPW和GCPW电路的损耗特征是与频率呈线性关系。而微带线电路，特别是在较高频段时，损耗（因与辐射损耗有关）会随着频率不断变化。此外，CPW和GCPW的损耗可以通过合理设计过孔位置及电路尺寸来降低。

在高频频段，电路的尺寸变得越来越小，电路中许多关键元件的尺寸将接近电路所传输信号的波长。对于微带线和带状线，反射损耗和辐射损耗会随着频率的上升而增加，选择合适的电路设计变得尤为关键。如果设计得当，CPW特别是GCPW电路在高频段可获得良好的性能，且可常与微带线相结合使用。在许多高频设计实例中，GCPW都作为微带传输线接口处的高性能接口。

CPW是在介质基片的顶层制作导体，并在导体两侧制作接地平面，呈现地线-信号线-地线（GSG）布局。CPW的地平面与信号线是共面的，通过调节信号线宽度及信号线与地之间的间距来控制阻抗。当信号线的宽度渐变至连接器引脚时，CPW的阻抗值可以保持为常数。

GCPW在介质层的底面增加了接地平面，并通过过孔等方式实现上下接地面的连接。在CPW中电磁能量主要集中在介质层内部。对于CPW和GCPW，当介质基片的厚度为导线宽度2倍以上时，能有效抑制电磁能量向空气中泄露。当大于2倍以上时，特征阻抗基本由中心导线宽度及导线和接地平面的间距决定。CPW特征阻抗值通常在20～250 Ω，而微带线与带状线特征阻抗值通常分别在20～120 Ω和35～250 Ω。

CPW和GCPW中的耦合

与任何电路技术一样，CPW和GCPW有各自的优缺点。针对不同的应用需要，包括数字电路和模拟电路，必须综合权衡利弊。CPW和GCPW顶层接地线产生的奇模和偶模电流会造成电路的多种模的耦合。当频率升高时， CPW和GCPW的GSG结构中较近的间隔距离易于形成强耦合，获得较好的寄生模抑制能力，且辐射损耗也较低。增加信号线和地之间的间距或增加信号线宽度（低导体损耗和插入损耗）都能有效降低损耗。当适当增加信号线和地之间的间距，即达到松耦合时，可以降低电路的导体损耗和插入损耗，但代价是带来更为严重的辐射损耗和杂散失真。因此，对于CPW和GCPW，合适的耦合强度选取的关键是既要有利于获得低损耗的也能有效抑制寄生模。

一般而言，电路的尺寸越薄越利于降低辐射损耗。对于工作于30GHz或者更高频段的毫米波电路，辐射损耗是电路总体损耗的一个重要部分。辐射损耗很大程度上与PCB材料的Dk值（介电常数）有关。电路材料的Dk值越高，电路的辐射损耗就越小。罗杰斯RO4360G2™层压板是具有6.15介电常数、低损耗、玻璃纤维增强型、陶瓷填充的碳氢化合物热固型材料，是十分理想的选择。

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全部评论（3）

用户65658908 Lv4. 资深工程师 2018-09-21

附点图和仿真曲线就好了
教主 Lv7. 资深专家 2017-11-14

同上，最好附上图片！
海绵宝宝 Lv7. 资深专家 2016-07-15

没有图，谈共面波导，和盲人摸象有什么区别

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