在高頻電路設(shè)計(jì)中，可以采用多種不同的傳輸線技術(shù)來(lái)進(jìn)行信號(hào)的傳輸，如常見(jiàn)的同軸線、微帶線、帶狀線和波導(dǎo)等。而對(duì)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(hào)傳輸時(shí)的場(chǎng)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(kāi)，討論電路材料、設(shè)計(jì)等對(duì)毫米波電路性能的影響，以及如何優(yōu)化。

1.常用傳輸線技術(shù)

微帶線是最為常用且結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)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(hào)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(jiǎn)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(guò)金屬過(guò)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(hào)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(chǎng)力線分布，微帶線與GCPW的信號(hào)傳播方向上并不存在場(chǎng)分量。但由于這兩種傳輸線的電、磁場(chǎng)并不完全分分布于電介質(zhì)中，有少部分場(chǎng)力線位于空氣中；導(dǎo)致信號(hào)在電介質(zhì)中與空氣中傳輸?shù)腡EM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(chǎng)力線上下對(duì)稱(chēng)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。

圖1 微帶線，接地共面波導(dǎo)及帶狀線結(jié)構(gòu)與場(chǎng)分布

SIW (Substrate integrated waveguide) 是近年來(lái)討論較多，介于微帶與介質(zhì)填充波導(dǎo)之間的一種新型傳輸線。SIW兼顧傳統(tǒng)波導(dǎo)和微帶傳輸線的優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)高性能微波/毫米波的平面電路。其結(jié)構(gòu)如圖2所示，SIW由上下兩層金屬、左右兩排金屬通孔、以及中間填充的介質(zhì)構(gòu)成。其將傳統(tǒng)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)集成在介質(zhì)基片中，實(shí)際上是一種介質(zhì)填充的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。SIW 中的電磁波被限制在上下金屬層和兩排金屬孔之間的區(qū)域傳播。由于電流的分布情況，在SIW中只能傳播TEn0波而不能傳播TM 或TEmn(n≠0)波，與矩形波導(dǎo)相似，SIW 傳輸?shù)闹髂Ｊ荰E10模。