作者：John Coonrod，羅杰斯先進(jìn)互聯(lián)解決方案

盡管毫米波頻率下的印刷電路板（PCB）的設(shè)計(jì)和制造都從考慮電路材料開始，但是選擇何種傳輸線技術(shù)對高頻下的電路性能起著相當(dāng)大的作用。隨著蜂窩和無線通信不斷占用RF/微波頻段導(dǎo)致帶寬較窄，而毫米波可以提供足夠的帶寬，科研人員對短程、低功耗系統(tǒng)（例如汽車?yán)走_(dá)和第五代（5G）無線網(wǎng)絡(luò)）的毫米波頻率的興趣持續(xù)增長。作為毫米波頻率下常用的傳輸線技術(shù)，電路設(shè)計(jì)人員可能首先想到微帶線，接地共面波導(dǎo)（GCPW）甚至矩形波導(dǎo)，但是帶狀線性能又如何呢？在緊湊密集電路中，帶狀線在24 GHz（許多5G基站將工作在更高的頻率下）或者更高的頻率下表現(xiàn)良好。在毫米波頻率下設(shè)計(jì)和構(gòu)造帶狀線電路時(shí)，要注意幾點(diǎn)事項(xiàng)。

帶狀線的結(jié)構(gòu)相對獨(dú)特，常被與扁平的同軸電纜相比較。它具有多層結(jié)構(gòu)：中間導(dǎo)體由上下兩層的介質(zhì)層（電路材料）包圍，介質(zhì)層外又由頂部和底部的金屬屏蔽層包圍。這些層疊結(jié)構(gòu)增加了電路復(fù)雜性，但使導(dǎo)體和傳輸線有著較好隔離度，從而可以在RF、微波和毫米波頻率（取決于PCB材料的特性）上實(shí)現(xiàn)極小的電路。

雖然帶狀線的復(fù)雜性增加了制造時(shí)間和成本，但也表現(xiàn)出一些出色的優(yōu)點(diǎn)。除了高隔離度和小型化外，帶狀線電路的頂部和底部接地平面有助于降低輻射損耗，尤其是在毫米波頻段，微帶電路的高輻射損耗有時(shí)會(huì)使它們變成不需要的天線。帶狀線可能沒有微帶線或GCPW加工簡單，但對于某些毫米波電路設(shè)計(jì)，它可能是最佳的傳輸線選擇，尤其是在高性能（無干擾）的密集封裝電路，或者不希望出現(xiàn)電路輻射和電磁干擾（EMI）的敏感應(yīng)用中。

幸運(yùn)的是，通過幾個(gè)試驗(yàn)證明效果良好的設(shè)計(jì)和制造技巧，在77GHz或者更高頻率下，帶狀線PCB的出色性能始終可以“套用”。如果需要快速了解微帶線和GCPW，可以點(diǎn)擊往期的技術(shù)微學(xué)堂視頻“微帶線與接地共面波導(dǎo)在毫米波頻段的性能比較”（點(diǎn)擊直接跳轉(zhuǎn)）獲取更多信息。

與其他傳輸線格式一樣，帶狀線電路也會(huì)隨著頻率的增加而縮小，以適應(yīng)毫米波這樣小波長的電路，但是由于其獨(dú)特的多層結(jié)構(gòu)，電路間將能夠始終保持高隔離度。帶狀線電路還具有較寬的帶寬，因此單個(gè)毫米波電路設(shè)計(jì)可以支持多個(gè)應(yīng)用。在毫米波頻率上設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)帶狀線電路時(shí)，必須采取適當(dāng)?shù)念A(yù)防措施，盡可能達(dá)到最優(yōu)性能，以避免產(chǎn)生不必要的信號，例如與寬帶覆蓋相關(guān)的寄生信號模式。PCB材料的選擇對帶狀線電路在毫米波頻率下的性能起著關(guān)鍵作用。

注意事項(xiàng)

由于毫米波電路的波長短，通常使用薄的層壓板。但是，即使使用非常薄的介電材料，帶狀線及其多層電路在給定的頻率下通常也會(huì)比微帶或GCPW電路更厚。在較高頻率下，PCB介質(zhì)材料的一致性對于信號傳播一致性（計(jì)算機(jī)輔助仿真）至關(guān)重要。在毫米波頻率下，帶狀線電路中的多層介質(zhì)材料結(jié)構(gòu)會(huì)比微帶和GCPW電路具有更高的介質(zhì)損耗和插入損耗。但是，通過選取低介質(zhì)損耗或低損耗因子（Df）的電路材料入手，即使在毫米波頻率下，帶狀線插入損耗也可以得到控制和最小化。

對于毫米波頻率下的帶狀線電路，由于波長小，通常在較薄的介質(zhì)材料上加工，銅箔導(dǎo)體表面粗糙度可能是一個(gè)需要關(guān)注的問題。與較光滑的銅箔導(dǎo)體表面相比，較粗糙的銅箔導(dǎo)體表面將減緩電磁波在導(dǎo)體中的傳播。此外，導(dǎo)體和PCB表面粗糙度的不一致會(huì)導(dǎo)致信號在PCB上的電磁傳播特性發(fā)生變化，尤為明顯是在毫米波頻率下的相位特性的變化。

銅表面粗糙度的變化會(huì)引起PCB材料的色散變化。PCB的色散是導(dǎo)體和介質(zhì)材料的函數(shù)。不一致的色散可能不會(huì)對RF甚至微波頻率下的電路造成影響，但會(huì)導(dǎo)致毫米波頻率下某些對此很敏感的電路相位響應(yīng)發(fā)生變化。

與從同軸連接器向微帶或GCPW電路信號過渡的相對簡單相比，帶狀線電路要實(shí)現(xiàn)從同軸連接器到PCB的有效信號過渡，需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)臏?zhǔn)備。在微帶電路中，假設(shè)連接器中心導(dǎo)體和單接地面層的電路傳輸線具有相同的阻抗（例如50Ω），直接連接通常就可以有效的將信號能量從連接器傳輸?shù)诫娐贰?/p>

因?yàn)閹罹€的電路信號平面不在表面，所以從同軸連接器到帶狀線電路的信號過渡需要多次嘗試。要使連接器中心導(dǎo)體與帶狀線電路導(dǎo)體相連接，只有通過金屬化過孔（PTH）的方式來實(shí)現(xiàn)。由于工作頻率的波長較小，信號饋入或者從連接器中心導(dǎo)體過渡到帶狀線信號平面通常通過直徑極小的金屬化過孔。為了在帶狀線電路中形成均勻的接地面，通常使用相似的PTH過孔使電路的頂部和底部接地層連接，這樣最大程度地減少不同接地面中電流密度差異的可能性。當(dāng)然，重要的是盡量減小過渡PTH的長度。在帶狀線電路中，信號路徑中任何不必要的長度都可能導(dǎo)致反射和回波損耗降低，甚至產(chǎn)生寄生或諧波信號。

哪種類型的層壓板最適合于毫米波頻率下帶狀線電路呢？羅杰斯公司的RO3003™層壓板就是一個(gè)例子，它是陶瓷填充的聚四氟乙烯（PTFE）復(fù)合材料。整個(gè)材料的介電常數(shù)都保持在3.00±0.04以內(nèi)，具有77GHz汽車?yán)走_(dá)毫米波頻段電路所需的一致性。RO3003層壓板在10GHz時(shí)的Df低至0.0010，且具有極其出色的溫度穩(wěn)定性。同時(shí)，材料的三個(gè)軸上也具有一致的熱膨脹系數(shù)（CTE），CTE一致性可確保在整個(gè)溫度范圍內(nèi)，在毫米波頻率下的帶狀線路中的極小過孔可保持完整性和高可靠性。