0、引入

在射频和高速PCB的设计中,微带线结构差分线结构得到的应用最为广泛。

微带电路 eda python 微带电路仿真_反射系数

微带线横截面结构示意图和立体结构图如下所示。  

微带电路 eda python 微带电路仿真_微带线_02

 1、不连续性对微带线影响的仿真分析

在微带线电路的设计中,将不可避免地涉及高低阻抗突变(表现为导带尺寸跳变)、导带转弯(为使结构紧凑以适应走线方向)等不连续性,也叫作不均匀性。由于微带电路尺寸可与工作波长相比拟,其不连续性必然对微带线中的电磁场分布产生影响。从等效电路上看,它相当于并联或串联一些电抗元件,从而引起相位和振幅误差、输入与输出失配、输入输出电压驻波比变差及窄带电路中频率偏移。在设计微带电路时,需要考虑不连续性所引起的影响,并设法将此影响降低。

微带线直角弯曲处,导带宽度的变化是最大的,微带线特性阻抗变化也最大。微带线直角弯曲处导带的面积比均匀直线导带的面积大,特性阻抗减小,从而使微带线导带直角弯曲处呈现特性阻抗不连续性。因此,通过进行削角处理,可有效地减小拐弯处导带的宽度,从而增大直角拐弯处的特性阻抗,降低拐弯处的不连续性影响。

微带电路 eda python 微带电路仿真_建模_03

有关文献表明,导带直角弯曲45°外斜切方法是控制微带线特性阻抗连续性的最佳方法。如图所示,m表示导带直角弯曲内拐角至外拐角的距离,d表示45°外斜切处至外拐角的距离,q=d/m表示斜切率。导带拐角特性阻抗与其外斜切45°直角拐角斜切率q有依赖关系。斜切率并不是越大越好,对于不同尺寸和不同特性阻抗的微带线,都存在最佳斜切率,此时直角弯曲处的特性阻抗不连续性最小,信号传输特性最佳

2、仿真建模

微带电路 eda python 微带电路仿真_反射系数_04

 对于微带线建模不在赘述,下面主要记录一下建模过程中的注意点。

①建模过程中要选择合适的工作面

微带电路 eda python 微带电路仿真_反射系数_05

 ②建模过程中的起点和长度

微带电路 eda python 微带电路仿真_反射系数_06

 ③接地板、激励端口、空气腔

接地板和介质基板底面重合

激励端口按照下图尺寸

微带电路 eda python 微带电路仿真_反射系数_07

空气腔覆盖整个模型即可

④边界条件和端口激励

边界条件:导带模型和接地板设置为理想导体边界(理想情况下导带无厚度)

端口激励:波端口激励

3、仿真分析

微带电路 eda python 微带电路仿真_建模_08

 从仿真结果可以看出,微带线经过直角拐弯后,端口反射系数S(1,1)在低频段(1~5GHz)为-10dB以下,高频段(5~8GHz)为-10dB以上。

微带电路 eda python 微带电路仿真_射频工程_09

 微带线未经直角拐弯处理,端口反射系数S(1,1)都在-30dB以下。

两图对比可以看出,微带线经过拐弯后,反射系数S(1,1)明显增大,在高频段则达到-10B以上,信号传输时会有较大的功率反射,不利于信号的传输。因此有必要在拐角处进行削角处理,从而减小阻抗突变带来的微带线不连续性效应,保证功率的最大传输。

4、45°削角处理后的仿真分析

微带电路 eda python 微带电路仿真_微带电路 eda python_10

(一个斜切率一条扫频曲线),寻找最佳斜切率。

微带电路 eda python 微带电路仿真_建模_11

可见斜切率q在0.6左右时,反射系数最小(-25dB以下),使信号功率得到了有效传输。

5、结论

因此,45°削角处理可以有效减小微带线直角拐弯带来的微带线不连续性效应,保证了功率的最大传输。