高频信号传输线设计

高频信号传输线

理论

高频信号会产生电磁场，向导线四周辐射，并且有趋肤效应，传输线不能直接使用导线，需要考虑走线方式、电容、电感、阻抗等因素。
传输高频使用如下几种方式：

波导：

金属外壳+空腔或者介质腔，传输微波。后面的几种都是波导的异构，包括平行双导线、同轴线、平行平板波导、矩形波导、圆波导、微带线、平板介质光波导和光纤

波导

波导

同轴电缆

波导的变形，即将金属空腔外壳分为上下两部分，上部分变为一根导线，下部分变为一个封闭的结构

同轴电缆

微带线(Microstrip)

微带线(Microstrip)是一根带状导线(信号线)，与地平面之间用一种电介质隔离开。因为微带线一面是FR4（或者其他电介质）一面是空气（介电常数低）因此速度很快，利于走对速度要求高的信号，对于一般FR4的板材，1inch微带线对应的走线延时约140ps。从图中可以形象的看出，微带线是在PCB表面走线，并且不能铺铜。

微带线

微带线

相关名次导航：微带阵列天线

带状线(Stripline)

带状线

带状线（Stripline)是一条置于2个平行的地平面（或电源平面）之间的电介质之间的一根高频传输导线。一般来说，地平面与导线之间是绝缘介质。如果线的厚度和宽度、介质的介电常数以及两层导电平面间的距离是可控的，那么线的特性阻抗也是可控的。

带状线

共面带状线(CPS)（共面波导(Coplanar Waveguide) ）（共面微带线）

即在微带线的基础上，天线一面也加上屏蔽层，它和微带线、带状线PCB走线设计常用

CPS

设计时需要注意的问题

插损

在传输线与天线接触的地方，会产生损耗。
线转角设计：
粗线尽可能斜角，细线没法斜角就用圆滑过渡的方式

转角线设计

阻抗匹配

在负载（天线）和传输线的接触处，如果两者的阻抗不相同，驻波比（驻波）不为1，即有回波损耗，使性能下降，所以要做好阻抗匹配
阻抗匹配参考文章

阻抗匹配要根据线宽、线长、板材、信号频率等等来计算，50欧姆成为了大多数射频传输线的阻抗标准，大多数天线是50Ω，所以一般应用我们设计传输线时也设计50欧姆，有些传输线可能不同比如同轴电缆是120Ω。
阻抗可以手工计算，但是耗时长并且容易计算错误，可以使用软件来自动计算，比如安捷伦公司的APPCAD（APPCAD计算特性阻抗例程）

APPCAD

设置实例

FR-4为PCB材料，参数可以根据PCB生产厂商或者自己的要求做（华强PCB在线计价器）

设置实例