圖2 SIW的結(jié)構(gòu)與場(chǎng)分布

幾種PCB平面?zhèn)鬏斁€技術(shù)有各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。例如SIW傳輸線，它具有如可應(yīng)用于超高頻段、輻射低、損耗低等優(yōu)點(diǎn)，但由于其設(shè)計(jì)難度大、加工困難、不易與其他元件集成等缺點(diǎn)，使其相對(duì)于其他幾種傳輸線來說并不被廣泛應(yīng)用。

2. 輻射損耗

對(duì)于PCB傳輸線電路，插入損耗主要包括介質(zhì)損耗、導(dǎo)體損耗、輻射損耗和泄露損耗幾個(gè)部分，是各種損耗成分的總和。泄漏損耗通常是由于信號(hào)與地之間形成了泄漏電流而導(dǎo)致的能量的損失。由于高頻PCB材料具有較大的體電阻，泄露損耗很小，一般可以忽略。電路的導(dǎo)體損耗是傳輸線上信號(hào)路徑的能量損失，是由導(dǎo)體自身的阻抗引起。介質(zhì)損耗則是由構(gòu)成電路的電路材料的耗散因子所決定，選擇相對(duì)較小的損耗因子材料有利于電路總的插入損耗的減小。

對(duì)于中低頻段電路，電路的插入損耗主要由導(dǎo)體損耗和介質(zhì)損耗有決定。而隨著電路所應(yīng)用的頻率的不斷升高，信號(hào)波長(zhǎng)變短，特別是在毫米波頻段，傳輸線的非閉合結(jié)構(gòu)，以及傳輸線的橫截面積與線寬等保持不變而使電路的輻射損耗就變得不可忽略。微帶傳輸線盡管相對(duì)于上述其他三種在毫米波頻段更容易產(chǎn)生輻射損耗和雜散模，但由于微帶線具有的加工容易、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、物理尺寸小、易于集成等諸多優(yōu)點(diǎn)使得其仍然用于毫米波電路。那么在毫米波頻段使用微帶線時(shí)需要如何進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)呢？

下面以Rogers公司的MWI軟件來模擬計(jì)算同種材料不同厚度的50Ω微帶線各部分損耗情況，來討論毫米波頻段下微帶線損耗的優(yōu)化設(shè)計(jì)，如圖3所示。分別選取了10mil和30mil的兩種厚度設(shè)計(jì)的50Ω微帶線。從圖中可以看到，當(dāng)頻率較低時(shí)，電路的輻射損耗幾乎可以忽略不計(jì)，這時(shí)電路總的損耗主要由導(dǎo)體損耗和介質(zhì)損耗所決定，基于10mil厚度的電路因?qū)w線路窄具有高的導(dǎo)體損耗而導(dǎo)致總的損耗偏高。當(dāng)頻率升高時(shí)，相比10mil厚度的電路，可以看到基于30mil厚度的電路的輻射損耗顯著且迅速增加，從而導(dǎo)致電路總的損耗值較大。這一變化說明對(duì)于毫米波電路應(yīng)用，較厚的微帶線路的輻射損耗占電路總損耗的較大部分。選擇厚度較薄的電路材料，可以降低輻射損耗從而減小電路的插損。

圖3 同種材料不同厚度下微帶線的損耗

電路材料厚度的降低對(duì)輻射損耗的減小，也可以看作是減小了電路中寄生雜散模式的產(chǎn)生。電路中所傳輸?shù)男盘?hào)往往包含多個(gè)頻率分量。由微波電路理論知道，當(dāng)電路的厚度或?qū)挾却笥趥鬏斝盘?hào)的1/8波長(zhǎng)時(shí)，電路將產(chǎn)生雜散模。如圖4所示，當(dāng)使用的電路材料較厚，設(shè)計(jì)同一阻抗如50Ω線路也會(huì)較寬，如果這一厚度或?qū)挾扰c所傳輸信號(hào)中的波長(zhǎng)相比擬時(shí)，電路的性能就將被惡化。以16.6mil RO4350BTM材料設(shè)計(jì)的50Ω微帶線為例，此時(shí)微帶線的寬度是36mil。這一寬度對(duì)應(yīng)的1/4波長(zhǎng)的頻率是46.5GHz，而對(duì)應(yīng)的1/8波長(zhǎng)的頻率是23.8GHz。因此這一電路在高頻段如46.5GHz時(shí)性能較差，而在小于23.8GHz時(shí)的波動(dòng)較小、性能較好。