共面波导、微带线、带状线和其他平面传输线的区别

平面传输线用于在绝缘的平面基板上传输各种模拟、RF和数字信号，频率从千赫兹到几百G赫兹不等。平面传输线由一层或多层导电迹线构成，可能具有相邻的导电结构，电介质层在导电结构之间提供隔离。平面传输线通常使用单层或多层印刷电路板、低温共烧陶瓷（LTCC）、高温共烧陶瓷和半导体制造技术制造。对于PCB平面传输线，RF端发射同轴连接器通常用于板级传输线和同轴连接器端口之间的接口。另一种常见的接口方法用于带有同轴探头的RF探头站。

常见的平面传输线类型有哪些？

平面传输线有几种常见类型：带状线、悬浮带状线、微带线、共面波导、槽线和镜像线，其中也有变体。每种类型的平面传输线都具有不同的主要传输模式、最大频率、特性阻抗范围和空载Q因数。

平面传输线类型

• 带状线：嵌入电介质基底内，并夹在两个接地平面之间的“带状”导体。
• 悬浮带状线：在底层平面之间，悬浮在空中的带状线，空气间隙在带状线上方和下方。
• 微带线：电介质基板顶部的带状导体，基板下方有接地平面。
• 共面波导：带两个平行接地平面的带状导体，位于同一介电基板上的带状导体的任一侧。
• 槽线：在电介质基板的同一平面上分隔两条金属迹线的槽。
• 鳍线：旋转+/-90度的槽线，插入矩形金属波导的E平面。
• 镜像线：金属化平面上有一条电介质的电介质平板波导。

平面传输线不同类型之间的差异

通常，平面传输线的外部、顶部或底部迹线与作为信号迹线的内部迹线接地。这些物理结构允许传输线模式的发展，即横向电磁（TEM）、横向电（TE）、横向磁（TM）、准横向电磁、纵向截面电（LSE）和纵向截面磁（LSM），其发展方向取决于平面传输线配置。平面传输线的电行为取决于场线如何通过空气和衬底（电介质）分布，以及场线如何耦合到信号和接地迹线或金属化。

平面输电线路的主导模式

• 带状线：横向电磁（TEM）
• 悬浮带状线：横向电磁（TEM）、准横向电磁（TEM）
• 微带：准横向电磁（TEM）
• 共面波导：准横向电磁（TEM）
• 槽线：准横向电（TE）
• 鳍线：纵向截面电（LSE）、纵向截面磁（LSM）
• 镜像线：横向电（TE）、横向磁（TM）

最大频率（典型）

• 带状线：60 GHz
• 悬浮带状线：220 GHz
• 微带：110 GHz
• 共面波导：110 GHz
• 槽线：110 GHz
• 鳍线：220 GHz
• 镜像线：>100 GHz

特性阻抗范围（基板相对介电常数为10）

• 带状线：30–225欧姆
• 悬浮带状线：40–150欧姆
• 微带：10–110欧姆
• 共面波导：40–110欧姆
• 槽线：35–250欧姆
• 鳍线：10–400欧姆
• 镜像线：~26欧姆

空载Q因数（基板相对介电常数为10）

• 带状线：~400
• 悬浮带状线：600@30 GHz
• 微带：250@30 GHz
• 共面波导：300@30 GHz
• 槽线：200@30 GHz
• 鳍线：550@30 GHz
• 镜像线：2500@30 GHz

平面传输线变体

具有“松散”场线的平面传输线也可与衬底上的附近导电结构或附近的任何导电外壳或结构耦合。出现这种情况，就会导致平面传输线表现出额外的和非预期的寄生模式。因此，存在在信号迹线附近或甚至完全围绕信号迹线使用紧密耦合接地结构的平面传输线类型和变体。尽管这些紧密耦合的传输线往往表现出较高的导体损耗，但同时，它们也表现出较低的辐射损耗、较好的寄生模式抑制，以及可能更高的频率性能。在更大的接地/屏蔽方面进行权衡，需要额外花费成本、占用重量，而且还有可能增加对衬底和金属化制造公差的性能敏感性。

还存在与制造每种传输线类型及其变体相关的不同复杂性。例如，在单层上仅具有表面迹线的平面传输线（例如标准共面波导或槽线）可能比需要两层金属或接地共面波导的微带线成本更低且更容易制造，所述微带线具有将表面接地迹线连接到底部接地层的金属化通孔。

常见带状线变体

• 悬浮带状线
• 双侧悬吊式带状线
• 双导体带状线

常见微带变体

• 悬浮微带
• 倒置微带
• 内置微带
• 陷波反向微带

常见共面波导变体

• 接地底部或公共底部共面波导（GBCPW或CBCWG）
• 接地共面波导（GCPW）
• 共面带状线
• 嵌入式共面带状线
• 常见槽线变体
• 反足类
• 双边

常见鳍线变体

• 单边
• 双边
• 反足类
• 强耦合反足类
• 绝缘

带状线和微带线（微带）平面传输线的区别

带状线平面传输线是夹在两个介电层之间的导电信号路径，然后介电层夹在两层导电层之间。微带线，或微带线，就像去除了顶部电介质和导电层的带状线。在这种情况下，可以在PCB或其他平面电路技术的表面上制造微带平面传输线。然而，带状线必须埋在电介质和导体层之下，这需要二次层制造步骤或多层电路板制造工艺。

由于带状线的场线完全包含在导电结构内，带状线表现出真正的TEM模式传输线操作。由于微带平面传输线在微带顶部具有开放场线，因此与带状线相比，这些平面传输线表现出准TEM模式传输和增强的辐射损耗。此外，放置在足够靠近微带线导体的任何材料都会改变微带的行为，这需要在组装和封装期间进行一些小心，以确保微带和附近结构之间有足够的间隔。

尽管制造起来更昂贵和复杂，但带状线往往表现出更好的传输特性，特别是对于非常高频的RF信号或高速数字信号。此外，微带传输线对外界干扰的固有屏蔽较少，微带线路也可能无意中充当天线。微带的设计和制造通常不那么复杂，并且需要更少的板层，如果应用的空间受到高度限制或可使用的板层数量受到限制，这可能是有利的。根据带状线的位置和电路的复杂性，这些平面传输线还可能需要盲孔、埋孔或两者。这对于微带传输线来说不太可能，因为它们通常位于电路表面。

来源

1.Jarry – Pierre；Beneat – Jacques，《微型分形微波和RF滤波器的设计和实现》（Design and Realizations of Miniaturized Fractal Microwave and RF Filters），Wiley，2009 ISBN 0-470-48781-X。

2.Edwards – Terry；Steer – Michael，《微带电路设计基础》（Foundations for Microstrip Circuit Design），Wiley，2016 ISBN 1-118-93619-1

3.Wanhammar，Lars，《使用MATLAB的模拟滤波器》（Analog Filters using MATLAB, Springer），Springer，2009 ISBN 0-387-92767-0

4.Rogers- John W M; Plett – Calvin，《射频集成电路设计》（Radio Frequency Integrated Circuit Design），Artech House，2010 ISBN 1-60783-980-6

5.Maloratsky，Leo，《无源射频和微波集成电路》（assive RF and Microwave Integrated Circuits），Elsevier，2003 ISBN 0-08-049205-3