如何优化毫米波电路中的传输线性能

　　在设计中，可以采用多种不同的传输线技术来进行信号的传输，如常见的同轴线、微带线、带状线和波导等。而对于PCB平面电路，微带线、带状线、共面波导（CPW），及介质集成波导（SIW）等是常用的传输线技术。但由于这几种PCB平面传输线的结构不同，导致其在信号传输时的场分布也各不相同，从而在PCB材料选择、设计和应用，特别是毫米波电路时表现出不同的电路性能。本文将以毫米波下通用的PCB平面传输线技术展开，讨论电路材料、设计等对毫米波电路性能的影响，以及如何优化。

　　几年前，毫米波电路还仅仅用于航天、卫星通信、通信回传等特殊专有的领域。然而，随着无线通信技术的飞速发展，对更高的数据传输速率、更小的传输延迟、更宽的带宽等需求促使毫米波频段逐渐被用在移动通信覆盖例如，802.11ad WiGig，5G等领域；随着主动安全驾驶和未来无人驾驶技术的发展，汽车对测距测速的要求越来越高，毫米波也被使用在如77GHz的汽车雷达领域。但是，对于设计工程师来说，毫米波电路的设计与低频段射频电路设计存在着显著的不同。毫米波频段下不同传输线技术的色散辐射或高次模、阻抗匹配、信号的馈入技术等都将直接影响电路最终的性能。

　　微带线是最为常用且结构最简单的传输线技术而被广泛使用。它仅仅依靠上层铜箔形成的信号线路、中间层介质和下层铜箔形成接地平面即可构成。结构非常简单且易于加工，性价比高，并能够满足不同结构的表面安装要求，如图1所示。接地共面波导（GCPW）结构与微带线相似，但在上层铜箔导体的两侧有接地平面，且通过金属过孔将上层和底层地平面相连。带状线的结构与微带线或共面波导线均不同，它的信号导体位于中间层，而上、下两层是接地平面而中间填充介质，几乎可以看作是扁平的同轴线结构。如图1中场力线分布，微带线与GCPW的信号传播方向上并不存在场分量。但由于这两种传输线的电、磁场并不完全分分布于电介质中，有少部分场力线位于空气中；导致信号在电介质中与空气中传输的TEM波的相速不同，其分界面并不能完全实现相位匹配。因此这两种传输线模式是准TEM波模式。而带状线的场力线上下对称分布于中间层介质中，因此带状线的传输模式是TEM波模式。