如何才能减小传输线的损耗呢？

在《传输线》中我们介绍了几种常见的传输线，其中微带线作为现在应用最广的一种板级传输线，射频学堂在之前的文章中也做过很多详细的介绍。 什么是微带线？ 聊一下微带线的不连续性和解决方法 微带线(Microstrip)和带地共面波导(CPWG) 资料下载|| 微带线和带状线设计 微带短截线的特性，你注意到了没？ 微带线基础——微带元件的实现方法 射频工程师必知必会——微带线 作为一款常用的传输线，对其再多的介绍，可能都不为过。今天我们一起来学习一下微带线设计的一个小细节——损耗。

对于任意一款射频传输线，损耗都是其最重要的参量之一。对于弥足珍贵的射频信号来说，哪怕是一点点的损失，都会对整个系统带了极大的影响。 对于一个射频工程师来说，我们一直在寻找一种损耗小的电磁波传输方式，如果说损耗多小是我们的目标，那应该是”0“ ——理想的无耗传输线。理想不是幻想，去年火了一阵的”常温超导“，似乎给了一点点希望。 如果不能为”0“，那么我们就需要在损耗”值“上下点功夫，如何才能减小传输线的损耗呢？

众所周知，微带线的损耗比空气波导和同轴线要大得多，尤其时构成微带元器件时，其影响也相应的要大很多。 通常来说，微带线的损耗由三部分组成：介质损耗，导体损耗和辐射损耗。 ① 介质损耗 通常来说就是微带线的介质基板材料，当电场通过介质时，会产生介质分子交替极化和晶格碰撞，由此产生的热损耗。 损耗角正切是衡量介质损耗的一个基本参量，以tanδ 表示，δ就是介质损耗角，其物理意义是是在交变电场下，电介质内流过电流向量和电压向量之间的夹角。 损耗角正切的公式如下：

下图给出了一般介质材料的介电常数e，损耗角正切tanδ 和功率随频率变化的关系曲线。

1）当外加电场频率很低，即ω→0时，介质的各种极化都能跟上外加电场的变化，此时不存在极化损耗，介电常数达最大值。 tgδ=σ/ωε，则当ω→0时，tgδ→∞。 随着ω的升高，tgδ减小。 2）当外加电场频率逐渐升高时，松弛极化在某一频率开始跟不上外电场的变化，松弛极化对介电常数的贡献逐渐减小，因而εr随ω升高而减少。 在这一频率范围内，由于ωτ<<1，故tgδ随ω升高而增大，同时Pw也增大。

3)当ω很高时，εr→ε∞，介电常数仅由位移极化决定，εr趋于最小值。此时由于ωτ>>1，此时tgδ随ω升高而减小。ω→∞时，tgδ→0。

因此，在选择介质材料时，一定要注意工作频率和其损耗角正切的对应关系。选择比较接近的值进行仿真计算。 比如下表 罗杰斯的这两款材料RO4003C和RO4350B， 分别给出了其在10GHz和2.5GHz的损耗角正切值。

另外，空气虽然也具有一定的介质损耗，但是其数值较小，在设计时一般忽略不计。这样也就意味着部分填充介质的微带线，其介质损耗要比全部填充时要低，同样微带线的介质损耗也要低于带状线的介质损耗。 另外，在潮湿环境下，微带线的介质损耗也会增大。 ② 导体损耗 微带线的导体线和接地板都只具有有限的电导率，电流通过时必然引起热损耗。尤其是在高频条件下，由于趋肤效应减小了微带导体的有效横截面积，更增大了导体损耗。通常情况下，导体损耗是微带线损耗的主要部分。 导体损耗，也就是通常所说的电阻损耗，注意射频中的阻抗Z不是直流意义上的电阻，阻抗Z的公式如下：

这个包括电阻和电抗的参量，通常情况下电阻都是一个极小的值，小到在计算特征阻抗Z0的时候都可以忽略不计的值。

但是导体损耗却是切切实实存在的，微带线的导体损耗和金属的电导率有关，电导率越高，导体损耗就越小。  在计算直流或者低频损耗时，其电阻R0可以简单的计算出来

式中，ρ是金属材料的电阻率，也就是电导率的倒数；A是传输线导体部分的横截面积。

但是随着频率的升高，由于趋肤效应，其电流会越来越集中于导体的表面部分，并且以指数规律向内衰减。

趋肤深度的计算公式如下：

 

  也就是说，由于趋肤效应，导体损耗仅集中在厚度为δ值的导体范围内。 但是微带线导体条的上表面和下表面，哪一个对损耗的影响更大呢？导体条的宽窄对损耗有什么影响呢，我们在后面的文章中，通过仿真来对比一下。 ③ 辐射损耗 由于微带线属于一种半开放式的传输线，其辐射或者泄露会引起一定的能量损耗，通过减小微带线的基板厚度，其大部分场集中在地和导线之间，能够有效减小微带线的辐射损耗，但是由于微带线的不均匀或者谐振，其辐射损耗会显著增大。通常情况下，可以通过增加金属屏蔽罩来避免辐射，减小损耗，并可以有效防止泄露对其他电路的影响。 附录 一 常用介质基材的参数

 

附录二 常见金属材料的电阻率

附录三 常用金属材料的趋肤深度

附录四 微带线的场图

 

审核编辑：黄飞