line microstrip

Secțiunea de o linie microstrip. Conductorul (A) este separat de planul solului (D) de substrat dielectric (C); dielectric superior (B) poate fi aer sau material plastic.

Liniile microstrip sunt un tip de waveguide utilizate în electronică pentru propagarea ghidată a undelor electromagnetice în gama de microunde sau frecvențe mai înalte, care poate fi realizat prin fotogravura sau fotolitografie . Ele constau dintr - un metal plan de masă și o fâșie de conductoare de material de lățime mai mică, separate printr - un strat de material dielectric .

Microstrip a fost dezvoltat de către laboratoarele ITT care concurează cu tehnologia stripline (publicat de Grieg și Engelmann în acțiunea IRE decembrie 1952 ^[1] ).

Multe componente de circuit cu microunde, cum ar fi antenele , cuple , filtre , separatoare , etc. acestea pot fi realizate cu microstrips, în cazul în care dispozitivul este format numai din metalizare pe substrat: acest lucru face circuite microstrip mai puțin costisitoare, mai compacte și mai ușoare decât omologii lor tradiționale waveguide de metal. Dezavantajele pe de altă parte sunt pierderi mai mari și puteri mult mai mici. Mai mult decât atât, întrucât câmpul electromagnetic într-un microstrip este deschis, și nu se limitează la o anumită regiune, circuitele pe care le folosesc pot avea probleme de intermodulație și de iradiere a semnalului.

În principiu, un circuit microstrip poate fi, de asemenea, construit pe un circuit imprimat normală, la un cost neglijabil; din păcate, materialul de PCB-uri standard, are pierderi prea mari și mai presus de toate un prea puțin uniformă constantă dielectrică, ceea ce determină o calitate proastă a dispozitivelor. Pentru aceasta, se preferă utilizarea alumină substraturi. Pe o scară mai mică, linii de transmisie microstrip sunt , de asemenea , construite în circuite integrate ; acestea sunt, de asemenea, utilizate în PCB-uri circuit digital de mare viteză atunci când semnalele trebuie să fie transportate dintr-o parte a circuitului la altul, cu distorsiuni minime și pierderi minime.

inhomogeneity

Valul electromagnetic purtat de microstrip circulă parțial în dielectric între cele două planuri de metal și parțial în cea superioară (aer, plastic sau altele), care este de obicei mai mici; Prin urmare, viteza de propagare a undei în ghid va fi intermediară între cele ale celor doi dielectrici. Pentru aceasta este necesar să se ia în considerare în calcule o constantă dielectrică eficientă a ghidului, care este o funcție de cele ale celor doi dielectrici implicate. Această neomogenitate are consecințe suplimentare:

Waveguide microstrip nu poate sprijini propagarea unui adevarat val TEM, dar orice câmp de înmulțire de-a lungul aceasta trebuie să conțină toate cele șase componente ale câmpului electromagnetic ^[2] . Cu toate acestea, în cazul în care lungimea de undă a câmpului de înmulțire este mare în raport cu dimensiunile (lățime și înălțime) ale ghidajului, componentele longitudinale ale câmpurilor pot fi neglijate: atunci vorbim de modul dominant cvasi-TEM.
Waveguide microstrip este de dispersie . Pe măsură ce crește frecvența, efectivă constanta dielectrică a ghidului se apropie și mai aproape de cea a substratului, iar viteza de fază scade puțin câte puțin ^[2] ^[3] .
Impedanța caracteristică a ghidului variază, de asemenea, cu o frecvență. În plus, impedanÍele modurilor non-TEM nu sunt definite în mod unic, dar poate varia cu frecvența: creșterea, descreșterea, sau chiar presupune tendințe non-monotone, în conformitate cu definiția impedanței , care este adoptată ^[4] . În toate definițiile, cu toate acestea, impedanța la limita de frecvență minimă a microstrip este întotdeauna denumit „impedanță caracteristică cvasi-statică“, și este unic pentru toate definițiile.
Impedanța de undă variază așa cum se mișcă lateral în microstrip.

impedanță caracteristică

O expresie aproximativă formă închisă pentru impedanța caracteristică a unei linii microstrip a fost găsit de către Wheeler ^[5] ^[6] ^[7] :

Z_{\textrm {microstrip}}={\frac {Z_{0}}{2\pi {\sqrt {2(1+\varepsilon _{r})}}}}\mathrm {ln} \left(1+{\frac {4h}{w_{\textrm {eff}}}}\left({\frac {14+{\frac {8}{\varepsilon _{r}}}}{11}}{\frac {4h}{w_{\textrm {eff}}}}+{\sqrt {\left({\frac {14+{\frac {8}{\varepsilon _{r}}}}{11}}{\frac {4h}{w_{\textrm {eff}}}}\right)^{2}+\pi ^{2}{\frac {1+{\frac {1}{\varepsilon _{r}}}}{2}}}}\right)\right),

{\ Z displaystyle _ {\ textrm {microstrip}} = {\ frac {Z_ {0}} {2 \ pi {\ sqrt {2 (1+ \ varepsilon _ {r})}}}} \ mathrm {ln} \ stânga (1 + {\ frac {4h} {_ {\ textrm {eff}}} w} \ stânga ({\ frac {14 + {\ frac {8} {\ varepsilon _ {r}}}} {11 }} {\ frac {4h} {w _ {\ textrm {eff}}}} + {\ sqrt {\ stânga ({\ frac {14 + {\ frac {8} {\ varepsilon _ {r}}}} {11}} {\ frac {4h} {w _ {\ textrm {eff}}}} \ dreapta) ^ {2} + \ pi ^ {2} {\ frac {1 + {\ frac {1} {\ varepsilon _ {r}}}} {2}}}} \ dreapta) \ dreapta)}

{\ Z displaystyle _ {\ textrm {microstrip}} = {\ frac {Z_ {0}} {2 \ pi {\ sqrt {2 (1+ \ varepsilon _ {r})}}}} \ mathrm {ln} \ stânga (1 + {\ frac {4h} {_ {\ textrm {eff}}} w} \ stânga ({\ frac {14 + {\ frac {8} {\ varepsilon _ {r}}}} {11 }} {\ frac {4h} {w _ {\ textrm {eff}}}} + {\ sqrt {\ stânga ({\ frac {14 + {\ frac {8} {\ varepsilon _ {r}}}} {11}} {\ frac {4h} {w _ {\ textrm {eff}}}} \ dreapta) ^ {2} + \ pi ^ {2} {\ frac {1 + {\ frac {1} {\ varepsilon _ {r}}}} {2}}}} \ dreapta) \ dreapta)}

unde este $w_{\mathrm {eff} }$ ${\ Displaystyle w _ {\ mathrm {eff}}}$ ${\ Displaystyle w _ {\ mathrm {eff}}}$ este lățimea efectivă, adică lățimea benzii , plus o corecție care ia în considerare grosimea metalizarea, altele decât zero:

w_{\textrm {eff}}=w+t{\frac {1+{\frac {1}{\varepsilon _{r}}}}{2\pi }}\mathrm {ln} \left({\frac {4e}{\sqrt {\left({\frac {t}{h}}\right)^{2}+\left({\frac {1}{\pi }}{\frac {1}{{\frac {w}{t}}+{\frac {11}{10}}}}\right)^{2}}}}\right).

{\ Displaystyle w _ {\ textrm {eff}} = w + t {\ frac {1 + {\ frac {1} {\ varepsilon _ {r}}}} {2 \ pi}} \ mathrm {ln} \ stânga ({\ frac {4e} {\ sqrt {\ stânga ({\ frac {t} {h}} \ dreapta) ^ {2} + \ stânga ({\ frac {1} {\ pi}} {\ frac {1} {{\ frac {w} {t}} + {\ frac {11} {10}}}} \ dreapta) ^ {2}}}} \ dreapta).}

{\ Displaystyle w _ {\ textrm {eff}} = w + t {\ frac {1 + {\ frac {1} {\ varepsilon _ {r}}}} {2 \ pi}} \ mathrm {ln} \ stânga ({\ frac {4e} {\ sqrt {\ stânga ({\ frac {t} {h}} \ dreapta) ^ {2} + \ stânga ({\ frac {1} {\ pi}} {\ frac {1} {{\ frac {w} {t}} + {\ frac {11} {10}}}} \ dreapta) ^ {2}}}} \ dreapta).}

Aici, Z ₀ este impedanța diferenței , ε _r este permitivitatea relativă a substratului, w este lățimea benzii, h este grosimea ( „înălțimea“) a substratului, iar t este grosimea metalizare a benzii.

Formula tinde asimptotic la o soluție exactă în trei cazuri diferite:

$w\gg h$ ${\ Displaystyle w \ gg h}$ ${\ Displaystyle w \ gg h}$ , pentru orice $\varepsilon _{r}$ ${\ displaystyle \ varepsilon _ {r}}$ ${\ displaystyle \ varepsilon _ {r}}$ (Linie de transport cu planuri paralele),
$w\ll h$ ${\ Displaystyle w \ ll h}$ ${\ Displaystyle w \ ll h}$ , $\varepsilon _{r}=1$ ${\ Displaystyle \ varepsilon _ {r} = 1}$ ${\ Displaystyle \ varepsilon _ {r} = 1}$ (Sârmă peste un plan de masă) e
$w\ll h$ ${\ Displaystyle w \ ll h}$ ${\ Displaystyle w \ ll h}$ , $\varepsilon _{r}\gg 1.$ ${\ Displaystyle \ varepsilon _ {r} \ gg 1.}$ ${\ Displaystyle \ varepsilon _ {r} \ gg 1.}$

In aproape toate celelalte cazuri, eroarea de impedanță este mai mică de 1%, și este , în orice caz , întotdeauna mai mic de 2% ^[7] . Prin acoperirea tuturor cazurilor geometrice într - o singură formulă, Wheeler 1977 îmbunătățește lucrarea lui Wheeler 1965 ^[6] , care a dat o formulă pentru $w/h>3.3$ ${\ Displaystyle w / h> 3.3}$ ${\ Displaystyle w / h> 3.3}$ și un altul pentru $w/h\leq 3.3$ ${\ Displaystyle w / h \ leq 3.3}$ ${\ Displaystyle w / h \ leq 3.3}$ (Introducând astfel o discontinuitate în rezultate $w/h=3.3$ ${\ Displaystyle w / h = 3,3}$ ${\ Displaystyle w / h = 3,3}$ ). Cu toate acestea, articolul 1965 este cel mai des citat. Alți autori au propus un număr de diferite formule aproximative pentru impedanța caracteristică; Cu toate acestea cele mai multe dintre acestea sunt aplicabile numai pentru o gamă limitată de raporturi lățime-înălțime sau să acopere întregul interval de o piesă la un moment dat.

Curbe

Pentru a construi un circuit complet microstrip, mai devreme sau mai târziu, calea trebuie să se schimbe direcția; cu toate acestea, un cot ascuțit (90 °), într-un microstrip determină o reflexie aproape totală înapoi a semnalului, și doar o mică parte va fi capabil să depășească curba. Pentru cea mai mare parte a semnalului de transmis de-a lungul unui traseu curbat, raza de curbură a acestei trebuie să fie de cel puțin trei ori lățimea benzii ^[8] . Cu toate acestea, o tehnica mult mai frecvente, mai ales pentru că folosește mai puțin spațiu, este de a utiliza o curbă lină.

90 ° teșit curba microstrip. Procentul este conic 100x / d.

La o primă aproximație, un abrupt, se comportă ca curbura netezită o capacitate de derivație plasată între planul solului și curba în sine; netezirea curba reduce zona de metalizare și elimină excesul de capacitate. Procentul de netezire este fracțiunea de diagonală între interiorul și colțurile exterioare ale curbei netezită.

Teșitura optimă pentru o gamă largă de geometrii microstrip a fost determinată experimental prin Douville și James ^[9] . Ei au descoperit că o bună formulă pentru procentul optim de teșire este:

M=100{\frac {x}{d}}\%=(52+65e^{-{\frac {27}{20}}{\frac {w}{h}}})\%

{\ Displaystyle M = 100 {\ frac {x} {d}} \% = (52 + 65e ^ {- {\ frac {27} {20}} {\ frac {w} {h}}}) \% }

{\ Displaystyle M = 100 {\ frac {x} {d}} \% = (52 + 65e ^ {- {\ frac {27} {20}} {\ frac {w} {h}}}) \% }

sub rezerva $w/h\geq 0.25$ ${\ Displaystyle w / h \ geq 0,25}$ ${\ Displaystyle w / h \ geq 0,25}$ și cu o constantă dielectrică substrat $\varepsilon _{r}\leq 25$ ${\ Displaystyle \ varepsilon _ {r} \ leq 25}$ ${\ Displaystyle \ varepsilon _ {r} \ leq 25}$ . Această formulă este complet independentă de $\varepsilon _{r}$ ${\ displaystyle \ varepsilon _ {r}}$ ${\ displaystyle \ varepsilon _ {r}}$ . Gama de parametri pentru care Douville și James investigate experimental este $0.25\leq w/h\leq 2.75$ ${\ Displaystyle 0,25 \ leq w / h \ leq 2.75}$ ${\ Displaystyle 0,25 \ leq w / h \ leq 2.75}$ Și $2.5\leq \varepsilon _{r}\leq 25$ ${\ Displaystyle 2.5 \ leq \ varepsilon _ {r} \ leq 25}$ ${\ Displaystyle 2.5 \ leq \ varepsilon _ {r} \ leq 25}$ . Ei raportează o VSWR mai bună decât 1,1 (reflexie adică o mai bună decât -26 dB) pentru orice procent din teșitură în termen de 4% (din $d$ ${\ displaystyle d}$ $d$ original) dată în formulă. La raportul minim $w/h$ ${\ Displaystyle w / h}$ ${\ Displaystyle w / h}$ de 0,25, procentul este conic 98,4%, adică banda este aproape complet tăiat.

Fie curbele sunt netezite sau rotunjite, care rezultă lungimea traseului electric este puțin mai scurt decât lungimea fizică a benzii.

Notă

^ DD Grieg, Engelmann, HF, Microstrip-o noua transmisie Tehnica pentru Klilomegacycle Range , în Proceedings of IRE, vol. 40, nr. 12 decembrie 1952, pp. 1644-1650, DOI : 10.1109 / JRPROC.1952.274144 , ISSN 0096-8390 ( WC ACNP ).
^ ^A ^b EJ Denlinger „O soluție dependentă de frecvență pentru linii microstrip“; IEEE Trans. Microunde Teoria Tech. , vol. MTT-19, pp. 30-39, ianuarie 1971.
^ H. Cory, „caracteristici Dispersarea liniilor microstrip“; IEEE Trans. Microunde Teoria Tech. , vol. MTT-29, pp. 59-61, ianuarie 1981.
^ B. Bianco, L. Panini, M. Parodi și S. Ridetlaj „Câteva considerații despre dependența de frecvență a impedanța caracteristică a microstrips uniforme“: IEEE Trans. Microunde Teoria Tech. , vol. MTT-26, pp. 182-185, martie 1978.
^ HA Wheeler, „proprietăți de transmisie linie de benzi late paralele cu o aproximare conformal-mapping“, IEEE Trans. Microunde Teoria Tech. , vol. MTT-12, pp. 280-289, mai 1964.
^ ^A ^b HA Wheeler, „proprietăți de transmisie linie de benzi paralele separate printr - o folie de dielectric“, IEEE Tran. Microunde Teoria Tech. , vol. MTT-13, pp. 172-185, martie 1965.
^ ^A ^b HA Wheeler, „proprietăți de transmisie-line a unei benzi pe o foaie de dielectric pe un plan“, IEEE Tran. Microunde Teoria Tech. , vol. MTT-25, pp. 631-647, august 1977.
^ TH Lee, Planar cu microunde Inginerie; Cambridge University Press, pag. 173-174, 2004.
^ RJP Douville și DS James, studiu experimental de curbe simetrice microstrip și de compensare a acestora; IEEE Trans. Microunde Teoria Tech. , vol. MTT-26, pp. 175-182, martie 1978.

Elemente conexe

Filtru de element distribuit
Spurline , un microstrip filtru de bandă de oprire
Linie de dungi
Linie de bandă de aer

Alte proiecte

Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere despre Microstrip linie

linkuri externe

Microstrip în cuptorul cu microunde Encyclopedia , la microwaves101.com. Accesat 11 septembrie 2013 (arhivate original la 16 iulie 2014).
Analiza Microstrip Sinteza Calculator / , pe mcalc.sourceforge.net.

Portalul Electromagnetismului

Portal de inginerie

[1] DD Grieg, Engelmann, HF, Microstrip-o noua transmisie Tehnica pentru Klilomegacycle Range , în Proceedings of IRE, vol. 40, nr. 12 decembrie 1952, pp. 1644-1650, DOI : 10.1109 / JRPROC.1952.274144 , ISSN 0096-8390 ( WC ACNP ).

[denlinger1971-2] A ^b EJ Denlinger „O soluție dependentă de frecvență pentru linii microstrip“; IEEE Trans. Microunde Teoria Tech. , vol. MTT-19, pp. 30-39, ianuarie 1971.

[cory1981-3] H. Cory, „caracteristici Dispersarea liniilor microstrip“; IEEE Trans. Microunde Teoria Tech. , vol. MTT-29, pp. 59-61, ianuarie 1981.

[bianco1978-4] B. Bianco, L. Panini, M. Parodi și S. Ridetlaj „Câteva considerații despre dependența de frecvență a impedanța caracteristică a microstrips uniforme“: IEEE Trans. Microunde Teoria Tech. , vol. MTT-26, pp. 182-185, martie 1978.

[5] HA Wheeler, „proprietăți de transmisie linie de benzi late paralele cu o aproximare conformal-mapping“, IEEE Trans. Microunde Teoria Tech. , vol. MTT-12, pp. 280-289, mai 1964.

[wheeler1965-6] A ^b HA Wheeler, „proprietăți de transmisie linie de benzi paralele separate printr - o folie de dielectric“, IEEE Tran. Microunde Teoria Tech. , vol. MTT-13, pp. 172-185, martie 1965.

[wheeler1977-7] A ^b HA Wheeler, „proprietăți de transmisie-line a unei benzi pe o foaie de dielectric pe un plan“, IEEE Tran. Microunde Teoria Tech. , vol. MTT-25, pp. 631-647, august 1977.

[8] TH Lee, Planar cu microunde Inginerie; Cambridge University Press, pag. 173-174, 2004.

[douville1978-9] RJP Douville și DS James, studiu experimental de curbe simetrice microstrip și de compensare a acestora; IEEE Trans. Microunde Teoria Tech. , vol. MTT-26, pp. 175-182, martie 1978.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]