微波電路西電雷振亞老師的第2章傳輸線理論課件

第2章傳輸線理論

2.1集總參數(shù)元件的射頻特性

2.2射頻/微波電路設(shè)計中Q值的概念

2.3傳輸線基本理論

2.4無耗傳輸線的工作狀態(tài)

2.5有耗傳輸線的工作狀態(tài)

2.6史密斯圓圖

2.7微帶線的理論和設(shè)計

2.8波導(dǎo)和同軸傳輸線簡介2.1集總參數(shù)元件的射頻特性 2.1.1金屬導(dǎo)線 在直流和低頻領(lǐng)域,一般認(rèn)為金屬導(dǎo)線就是一根連接線,不存在電阻、電感和電容等寄生參數(shù)。實際上,在低頻情況下,這些寄生參數(shù)很小,可以忽略不計。當(dāng)工作頻率進入射頻/微波范圍內(nèi)時,情況就大不相同。金屬導(dǎo)線不僅具有自身的電阻和電感或電容,而且還是頻率的函數(shù)。寄生參數(shù)對電路工作性能的影響十分明顯,必須仔細(xì)考慮,謹(jǐn)慎設(shè)計,才能得到良好的結(jié)果。下面研究金屬導(dǎo)線電阻的變化規(guī)律。 設(shè)圓柱狀直導(dǎo)線的半徑為a,長度為l,材料的電導(dǎo)率為σ,則其直流電阻可表示為

對于直流信號來說,可以認(rèn)為導(dǎo)線的全部橫截面都可以用來傳輸電流,或者電流充滿在整個導(dǎo)線橫截面上,其電流密度可表示為（2-1）

（2-2）

式中

δ=(πfμσ)-1/2（2-4） 定義為“集膚深度”。式（2-3）一般在δa條件下成立。從式（2-4）可以看出,集膚深度與頻率之間滿足平方反比關(guān)系,隨著頻率的升高,集膚深度是按平方率減小的。 交流狀態(tài)下沿導(dǎo)線軸向的電流密度可以表示為（2-5）

式中,p2=-jωμσ,J0(pr)和J1(pa)分別為0階和1階貝塞爾函數(shù),I是導(dǎo)線中的總電流。圖2-1表示交流狀態(tài)下銅導(dǎo)線橫截面電流密度對直流情況的歸一化值。圖2-2表示半徑a=1mm的銅導(dǎo)線在不同頻率下的Jz/Jz0相對于r的曲線。圖2-1交流狀態(tài)下銅導(dǎo)線橫截面電流密度對直流情況的歸一化值 由圖2-2可以看出,在頻率達(dá)到1MHz左右時,就已經(jīng)出現(xiàn)比較嚴(yán)重的集膚效應(yīng),當(dāng)頻率達(dá)到1GHz時電流幾乎僅在導(dǎo)線表面流動而不能深入導(dǎo)線中心,也就是說金屬導(dǎo)線的中心部位電阻極大。 金屬導(dǎo)線本身就具有一定的電感量,這個電感在射頻/微波電路中,會影響電路的工作性能。電感值與導(dǎo)線的長度形狀、工作頻率有關(guān)。工程中要謹(jǐn)慎設(shè)計,合理使用金屬導(dǎo)線的電感。 金屬導(dǎo)線可以看作一個電極,它與地線或其他電子元件之間存在一定的電容量,這個電容對射頻/微波電路的工作性能也會有較大的影響。對導(dǎo)線寄生電容的考慮是射頻/微波工程設(shè)計的一項主要任務(wù)。

金屬導(dǎo)線的電阻、電感和電容是射頻/微波電路的基本單元。工程中,嚴(yán)格計算這些參數(shù)是沒有必要的,關(guān)鍵是掌握存在這些參數(shù)的物理概念,合理地使用或回避,實現(xiàn)電路模塊的功能指標(biāo)。 2.1.2電阻 電阻是在電子線路中最常用的基礎(chǔ)元件之一,基本功能是將電能轉(zhuǎn)換成熱產(chǎn)生電壓降。 電子電路中,一個或多個電阻可構(gòu)成降壓或分壓電路用于器件的直流偏置,也可用作直流或射頻電路的負(fù)載電阻完成某些特定功能。通常,主要有以下幾種類型電阻：

高密度碳介質(zhì)合成電阻、鎳或其他材料的線繞電阻、溫度穩(wěn)定材料的金屬膜電阻和鋁或鈹基材料薄膜片電阻。 這些電阻的應(yīng)用場合與它們的構(gòu)成材料、結(jié)構(gòu)尺寸、成本價格、電氣性能有關(guān)。在射頻/微波電子電路中使用最多的是薄膜片電阻,一般使用表面貼裝元件（SMD）。單片微波集成電路中使用的電阻有三類：

半導(dǎo)體電阻、

沉積金屬膜電阻以及金屬和介質(zhì)的混合物。

圖2-3物質(zhì)的體電阻 在射頻應(yīng)用中,電阻的等效電路比較復(fù)雜,不僅具有阻值,還會有引線電感和線間寄生電容,其性質(zhì)將不再是純電阻,而是“阻”與“抗”兼有,具體等效電路如圖2-4所示。圖中Ca表示電荷分離效應(yīng),也就是電阻引腳的極板間等效電容；Cb表示引線間電容;L為引線電感。 對于線繞電阻,其等效電路還要考慮線繞部分造成的電感量L1和繞線間的電容C1,引線間電容Cb與內(nèi)部的繞線電容相比一般較小,可以忽略,等效電路如圖2-5所示。圖2-4電阻的等效電路

以500Ω金屬膜電阻為例(等效電路見圖2-4),設(shè)兩端的引線長度各為2.5cm,引線半徑為0.2032mm,材料為銅,已知Ca為5pF,根據(jù)式（2-3）計算引線電感,并求出圖2-4等效電路的總阻抗對頻率的變化曲線,如圖2-6所示。圖2-6電阻的阻抗絕對值與頻率的關(guān)系 從圖2-6中可以看出,在低頻率下阻抗即等于電阻R,而隨著頻率的升高達(dá)到10MHz以上,電容Ｃa的影響開始占優(yōu),導(dǎo)致總阻抗降低；當(dāng)頻率達(dá)到20GHz左右時,出現(xiàn)了并聯(lián)諧振點；越過諧振點后,引線電感的影響開始表現(xiàn)出來,阻抗又加大并逐漸表現(xiàn)為開路或有限阻抗值。這一結(jié)果說明,看似與頻率無關(guān)的電阻器,用于射頻/微波波段將不再僅是一個電阻器,應(yīng)用中應(yīng)特別加以注意。 電阻的基本結(jié)構(gòu)為圖2-3所示長方體。在微波集成電路中,為了優(yōu)化電路結(jié)構(gòu)和某些寄生參數(shù),會用到曲邊矩形電阻。

所以電容器的阻抗由電導(dǎo)Ge和電納ωC并聯(lián)組成,即 式中,電流起因于電導(dǎo), 其中,σd是介質(zhì)的電導(dǎo)率。

在射頻/微波應(yīng)用中,還要考慮引線電感L以及引線導(dǎo)體損耗的串聯(lián)電阻Rs和介質(zhì)損耗電阻Re,故電容器的等效電路如圖2-7所示。

（2-8）

（2-9）

圖2-7射頻電容的等效電路

例如,一個47pF的電容器,假設(shè)其極板間填充介質(zhì)為Al2O3,損耗角正切為10-4（假定與頻率無關(guān)）,引線長度為1.25cm,半徑為0.2032mm，可以得到其等效電路的頻率響應(yīng)曲線如圖2-8所示。

從圖2-8中可以看出,其特性在高頻段已經(jīng)偏離理想電容很多,可以設(shè)想在真實情況下?lián)p耗角正切本身還是頻率的函數(shù)時,其特性變異將更嚴(yán)重。

2.1.4電感 在電子線路中常用的電感器一般是線圈結(jié)構(gòu),在高頻率下也稱為高頻扼流圈。它的結(jié)構(gòu)一般是用直導(dǎo)線沿柱狀結(jié)構(gòu)纏繞而成,如圖2-9所示。圖2-9在電感線圈中的分布電容和串聯(lián)電阻

導(dǎo)線的纏繞構(gòu)成電感的主要部分,而導(dǎo)線本身的電感可以忽略不計,細(xì)長螺線管的電感量為

（2-10）

式中,r為螺線管半徑,N為圈數(shù),l為螺線管長度。在考慮了寄生旁路電容Cs以及引線導(dǎo)體損耗的串聯(lián)電阻Rs后,電感的等效電路圖如圖2-10所示。 例如,一個N=3.5的銅電感線圈,線圈半徑為1.27mm,線圈長度為1.27mm,導(dǎo)線半徑為63.5μm。假設(shè)它可以看做一細(xì)長螺線管,根據(jù)式（2-10）可求出其電感部分為L=61.4nH。其電容Cs可以看做平板電容產(chǎn)生的電容,極板間距離假設(shè)為兩圈螺線間距離d=l/N=3.6×10-4mm,極板面積A=2alwire=2a(2πrN),lwire為繞成線圈的導(dǎo)線總長度,根據(jù)式（2-7）可求得Cs=0.087pF。導(dǎo)線的自身阻抗由式（2-1）可求得,即0.034Ω。于是可得圖2-10所示等效電路對應(yīng)的阻抗頻率特性曲線如圖2-11所示。圖2-11電感阻抗的絕對值與頻率的關(guān)系 由圖2-11中可以看出,這一銅電感線圈的高頻特性已經(jīng)完全不同于理想電感,在諧振點之前其阻抗升高很快,而在諧振點之后,由于寄生電容Cs的影響已經(jīng)逐步處于優(yōu)勢地位而逐漸減小。2.2射頻/微波電路設(shè)計中Q值的概念 品質(zhì)因素Q表示一個元件的儲能和耗能之間的關(guān)系,即 從上節(jié)中元件的等效電路圖可以看出,金屬導(dǎo)線、電阻、電容和電感的等效電路中均包含儲能元件和耗能元件,其中電容、電感代表儲能元件,電阻代表耗能元件。由兩者的比值關(guān)系可以看出,元件的耗能越小,Q值越高。當(dāng)元件的損耗趨于無窮小,即Q值無限大時,電路越接近于理想電路。在某些射頻/微波電路設(shè)計中,Q值概念清晰,計算方便。2.3傳輸線基本理論 在射頻/微波頻段,工作波長與導(dǎo)線尺寸處在同一量級。在傳輸線上傳輸波的電壓、電流信號是時間及傳輸距離的函數(shù)。一條單位長度傳輸線的等效電路可由R、L、G、C等四個元件組成,如圖2-12所示。

圖2-12單位長度傳輸線的等效電路 假設(shè)波的傳播方向為＋z軸方向,由基爾霍夫電壓及電流定律可得下列傳輸線方程式:

此兩個方程式的解可寫成 U(z)=U+e-γz+U-eγz I(z)=I+e-γz-I-eγz

(2-11)(2-12) 式中U+、Ｕ－、I+、I－分別是信號的電壓及電流振幅常數(shù),而+、－分別表示沿+z、－z軸的傳輸方向,γ是傳輸系數(shù),定義為

波在z上任一點的總電壓及總電流的關(guān)系可由下列方程表示：(2-13)(2-14) 將式（2-12）代入式（2-14）,可得 一般地,將上式定義為傳輸線的特性阻抗Z0,即 當(dāng)R=G=0時,傳輸線沒有損耗,無耗傳輸線的傳輸系數(shù)γ及特性阻抗Z0分別為

此時,傳輸系數(shù)為純虛數(shù)。大多數(shù)的射頻傳輸線損耗都很小,亦即R<<ωL且G<<ωC,傳輸線的傳輸系數(shù)可寫成 式中,α定義為傳輸線的衰減常數(shù): 其中Y0定義為傳輸線的特性導(dǎo)納:

（2-15）

2.4無耗傳輸線的工作狀態(tài) 考慮一段特性阻抗為Z0的傳輸線,一端接信號源,另一端則接上負(fù)載,如圖2-13所示。并假設(shè)此傳輸線無耗,且其傳輸系數(shù)γ=jβ,則傳輸線上電壓及電流可以用下列二式表示:

U(z)=U+e-βz+U-eβz I(z)=I+e-βz-I-eβz

(2-16)圖2-13傳輸線電路 2.4.1負(fù)載端（z=0處）情況 電壓及電流為

U=UL=U++U- I=IL=I+-I- 而Z0I+=U+,Z0I-=U-,式（2-17）可改寫成

可得負(fù)載阻抗為(2-17)(2-18)(2-19) 定義歸一化負(fù)載阻抗為 其中ΓL定義為負(fù)載端的電壓反射系數(shù):

(2-20)(2-21) 當(dāng)ZL=Z0或為無限長傳輸線時,ΓL=0,無反射波,是行波狀態(tài)或匹配狀態(tài)。 當(dāng)ZL為純電抗元件或處于開路或者短路狀態(tài)時,|ΓL|＝1,全反射,為駐波狀態(tài)。 當(dāng)ZL為其他值時,|ΓL|≤1,為行駐波狀態(tài)。 線上任意點的反射系數(shù)為 Γ(z)=|ΓL|ejφL-j2βz(2-22a) 定義駐波比VSWR和回波損耗RL為

(2-22b) 2.4.2輸入端（z=－L處）情況 反射系數(shù)Γ(z)應(yīng)改成 輸入阻抗為 由上式可知： （1）當(dāng)L→∞時,Zin→Z0。 （2）當(dāng)L=λ/2時,Zin=ZL。 （3）

當(dāng)L=λ/4時,Zin=Z20/ZL。(2-23)(2-24)2.5有耗傳輸線的工作狀態(tài) 有耗傳輸線的傳輸系數(shù)γ=α+jβ為復(fù)數(shù),輸入端電壓反射系數(shù)Γ（L）應(yīng)改成 Γ(L)=ΓLe-2γL(2-25) 而輸入阻抗則改成(2-26)2.6史密斯圓圖 阻抗與反射系數(shù)是傳輸線上兩個重要的電特性參數(shù)。數(shù)學(xué)公式上的聯(lián)系可以簡化為圖解法。史密斯圓圖是將歸一化阻抗（Z=r+jx）的復(fù)數(shù)半平面（r>0）變換到反射系數(shù)為1的單位圓（|Γ|=1）內(nèi)。已知一點的阻抗或反射系數(shù),用史密斯圓圖能方便地算出另一點的歸一化阻抗值和對應(yīng)的反射系數(shù)。史密斯圓圖概念清晰,使用方便,廣泛用于阻抗匹配電路的設(shè)計中。隨著近年來電子版圓圖的普及,使得史密斯圓圖得到了大量應(yīng)用。 由前節(jié)知識可得出(2-27)(2-28)(2-29) 由式(2-28)和式(2-29)可得等電阻圓和等電抗圓,如圖2-14和圖2-15所示。將兩組圓圖重疊起來就是阻抗圓圖。阻抗圓圖內(nèi)任一點的阻抗值及其對應(yīng)的反射系數(shù)可方便地讀出。它概念清晰,使用簡單,在射頻/微波工程中得到了廣泛的應(yīng)用。依同樣的方法,也可得出導(dǎo)納圓圖。圖2-14等電阻圓

圖2-15等電抗圓

2.7微帶線的理論和設(shè)計 2.7.1各種傳輸線介紹 常見的傳輸線有同軸線、微帶線、帶狀線、矩形波導(dǎo)、圓波導(dǎo)等,如圖2-16所示。前述傳輸線理論、工作狀態(tài)分析、圓圖計算方法都可用于這些不同形式的傳輸線。由于材料和結(jié)構(gòu)的不同,每種傳輸線的傳播常數(shù)不同。所以,傳播常數(shù)的計算是各種傳輸線研究的核心內(nèi)容。圖2-16常用射頻/微波傳輸線

2.7.2微帶線 微帶線是一種準(zhǔn)TEM波傳輸線,結(jié)構(gòu)簡單,計算復(fù)雜。由于各種設(shè)計公式都有一定的近似條件,因而很難得到一個理想的設(shè)計結(jié)果,但都能夠得到比較滿意的工程效果。加上實驗修正,便于器件的安裝和電路調(diào)試,產(chǎn)品化程度高,使得微帶線已成為射頻/微波電路中首選的電路結(jié)構(gòu)。 目前,微帶傳輸線可分為兩大類：一類是射頻/微波信號傳輸類的電子產(chǎn)品,這一類產(chǎn)品與無線電的電磁波有關(guān),它是以正弦波來傳輸信號的,如雷達(dá)、廣播電視和通信；另一類是高速邏輯信號傳輸類的電子產(chǎn)品,這一類產(chǎn)品是以數(shù)字信號傳輸?shù)?同樣也與電磁波的方波傳輸有關(guān),這一類產(chǎn)品開始主要應(yīng)用在計算機等中,現(xiàn)在已迅速推廣應(yīng)用到家電和通信類電子產(chǎn)品上了。

1.微帶線基本設(shè)計參數(shù) 微帶線橫截面的結(jié)構(gòu)如圖2-17所示。相關(guān)設(shè)計參數(shù)如下: (1)基板參數(shù):基板介電常數(shù)εr、基板介質(zhì)損耗角正切tanδ、基板高度h和導(dǎo)線厚度t。導(dǎo)帶和底板（接地板）金屬通常為銅、金、銀、錫或鋁。 （2）電特性參數(shù):特性阻抗Z0、工作頻率f0、工作波長λ0、波導(dǎo)波長λg和電長度（角度）θ。 （3）微帶線參數(shù)：寬度W、長度L和單位長度衰減量AdB。圖2-17微帶線的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖 構(gòu)成微帶的基板材料、微帶線尺寸與微帶線的電性能參數(shù)之間存在嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系。微帶線的設(shè)計就是確定滿足一定電性能參數(shù)的微帶物理結(jié)構(gòu)。相關(guān)計算公式如下。 2.綜合公式 已知傳輸線的電特性參數(shù)（Z0、θ）,求微帶線的物理結(jié)構(gòu)參數(shù)（W、L、AdB）。 解: 其中：

高阻Z0≥44-2εr

低阻Z0＜44-2εr

3.分析公式 已知微帶線的物理結(jié)構(gòu)參數(shù)（W、L、AdB）,求電特性參數(shù)（Z0、θ）。 解:

寬帶W≥3.3h

窄帶W≤3.3h高阻Z0≥44-2εr

低阻Z0＜44-2εr

4.微帶線的設(shè)計方法 由上述綜合公式和分析公式可以看出：計算公式極為復(fù)雜。每一個電路的設(shè)計都使用一次這些公式是不現(xiàn)實的。經(jīng)過幾十年的發(fā)展,使得這一過程變得相當(dāng)簡單。微帶線設(shè)計問題的實質(zhì)就是求給定介質(zhì)基板情況下阻抗與導(dǎo)帶寬度的對應(yīng)關(guān)系。目前使用的方法主要有： （1）查表格。 早期微波工作者針對不同介質(zhì)基板,計算出了物理結(jié)構(gòu)參數(shù)與電性能參數(shù)之間的對應(yīng)關(guān)系,建立了詳細(xì)的數(shù)據(jù)表格。這種表格的用法步驟是：①按相對介電常數(shù)選表格；②查阻抗值、寬高比W/h、有效介電常數(shù)εe三者的對應(yīng)關(guān)系,只要已知一個值,其他兩個就可查出；③計算,通常h已知,則W可得,由εe求出波導(dǎo)波長,進而求出微帶線長度。 （2）用軟件。許多公司已開發(fā)出了很好的計算微帶電路的軟件。如AWR的MicrowaveOffice,輸入微帶的物理參數(shù)和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),就能很快得到微帶線的電性能參數(shù),并可調(diào)整或優(yōu)化微帶線的物理參數(shù)。 數(shù)學(xué)計算軟件Mathcad11具有很強的功能。只要寫入數(shù)學(xué)公式,就能完成計算任務(wù)。

5.微帶線常用材料 如前所述,構(gòu)成微帶線的材料就是金屬和介質(zhì),對金屬的要求是導(dǎo)電性能,對介質(zhì)的要求是提供合適的介電常數(shù),而不帶來損耗。當(dāng)然,這是理想情況,對材料的要求還與制造成本和系統(tǒng)性能有關(guān)。 1）介質(zhì)材料 高速傳送信號的基板材料一般有陶瓷材料、玻纖布、聚四氟乙烯、其他熱固性樹脂等。表2-1給出了微波集成電路中常用介質(zhì)材料的特性。就微帶加工工藝而言,這些材料有兩種實現(xiàn)方式：(1)在基片上沉淀金屬導(dǎo)帶,這類材料主要是陶瓷類剛性材料。這種方法工藝復(fù)雜,加工周期長,性能指標(biāo)好,在毫米波或要求高的場合使用。 (2)在現(xiàn)成介質(zhì)覆銅板上光刻腐蝕成印制板電路,這類材料主要是復(fù)合介質(zhì)類材料。這種方法加工方便,成本低,是目前使用最廣泛的方法,又稱微波印制板電路。

表2-1微波集成電路中常用介質(zhì)材料的特性表2-2覆銅板基材的國內(nèi)外主要生產(chǎn)廠家

2）銅箔種類及厚度選擇目前最常用的銅箔厚度有35μm和18μm兩種。銅箔越薄,越易獲得高的圖形精密度,所以高精密度的微波圖形應(yīng)選用不大于18μm的銅箔。如果選用35μm的銅箔,則過高的圖形精度使工藝性變差,不合格品率必然增加。研究表明,銅箔類型對圖形精度亦有影響。目前的銅箔類型有壓延銅箔和電解銅箔兩類。壓延銅箔較電解銅箔更適合于制造高精密圖形,所以在材料訂貨時,可以考慮選擇壓延銅箔的基材板。 3）環(huán)境適應(yīng)性選擇現(xiàn)有的微波基材,對于標(biāo)準(zhǔn)要求的－55～＋125℃環(huán)境溫度范圍都沒有問題。但還應(yīng)考慮兩點,一是孔化與否對基材選擇的影響,對于要求通孔金屬化的微波板,基材z軸熱膨脹系數(shù)越大,意味著在高低溫沖擊下,金屬化孔斷裂的可能性越大,因而在滿足介電性能的前提下,應(yīng)盡可能選擇z軸熱膨脹系數(shù)小的基材；二是濕度對基材板選擇的影響,基材樹脂本身吸水性很小,但加入增強材料后,其整體的吸水性增大,在高濕環(huán)境下使用時會對介電性能產(chǎn)生影響,因而選材時應(yīng)選擇吸水性小的基材或采取結(jié)構(gòu)工藝上的措施進行保護。

6.微帶線加工工藝 1)外形設(shè)計和加工 現(xiàn)代微帶電路板的外形越來越復(fù)雜,尺寸精度要求高,同品種的生產(chǎn)數(shù)量很大,必須要應(yīng)用數(shù)控銑加工技術(shù)。因而在進行微波板設(shè)計時應(yīng)充分考慮到數(shù)控加工的特點,所有加工處的內(nèi)角都應(yīng)設(shè)計成為圓角,以便于一次加工成形。 微波板的結(jié)構(gòu)設(shè)計也不應(yīng)追求過高的精度,因為非金屬材料的尺寸變形傾向較大,不能以金屬零件的加工精度來要求微波板。外形的高精度要求,在很大程度上可能是因為顧及到了在微帶線與外形相接的情況下,外形偏差會影響微帶線長度,從而影響微波性能。實際上,參照國外的規(guī)范設(shè)計,微帶線端距板邊應(yīng)保留0.2mm的空隙,這樣即可避免外形加工偏差的影響。

隨著設(shè)計要求的不斷提升,一些微波印制板基材帶有鋁襯板。此類帶有鋁襯基材的出現(xiàn)給制造加工帶來了額外的壓力,圖形制作過程復(fù)雜,外形加工復(fù)雜,生產(chǎn)周期加長,因而在可用可不用的情況下,盡量不采用帶鋁襯板的基材。 ROGERS公司的TMM系列微波印制板基材,是由陶瓷粉填充的熱固性樹脂構(gòu)成的。其中,TMM10基材中填充的陶瓷粉較多,性能較脆,給圖形制造和外形加工過程帶來很大難度,容易缺損或形成內(nèi)在裂紋,成品率相對較低。目前對TMM10板材外形加工采用的是激光切割的方法,成本高,效率低,生產(chǎn)周期長。所以,在可能的情況下,可考慮優(yōu)先選擇ROGERS公司符合介電性能要求的RT/Duroid系列基材板。 2)電路的設(shè)計與加工 微波印制板的制造由于受微波印制板制造層數(shù)、微波印制板原材料的特性、金屬化孔制造需求、最終表面涂覆方式、線路設(shè)計特點、制造線路精度要求、制造設(shè)備及藥水先進性等諸方面因素的制約,其制造工藝流程將根據(jù)具體要求作相應(yīng)的調(diào)整。電鍍鎳金工藝流程被細(xì)分為電鍍鎳金的陽版工藝流程和電鍍鎳金的陰版工藝流程。工藝說明如下: （1）線路圖形互連時,可選用圖形電鍍鎳金的陰版工藝流程。 （2）為提高微波印制板的制造合格率,盡量采用圖形電鍍鎳金的陰版工藝流程。如果采用圖形電鍍鎳金的陽版工藝流程,若操作控制不當(dāng),會出現(xiàn)滲鍍鎳金的質(zhì)量問題。

（3）ROGERS公司牌號為RT/Duroid6010基材的微波板,由于蝕刻后的圖形電鍍時,會出現(xiàn)線條邊緣“長毛”現(xiàn)象,導(dǎo)致產(chǎn)品報廢,因此須采用圖形電鍍鎳金的陽版工藝流程。 （4）當(dāng)線路制造精度要求為±0.02mm以內(nèi)時,各流程之相應(yīng)處須采用濕膜制板工藝方法。 （5）當(dāng)線路制造精度要求為±0.03mm以上時,各流程之相應(yīng)處可采用干膜（或濕膜）制板工藝方法。

（6）對于四氟介質(zhì)微波板,如ROGERS公司的RT/Duroid5880、RT/Duroid5870、ULTRALAM2000、RT/Duroid6010等,在進行孔金屬化制造時,可采用鈉萘溶液或等離子進行處理。而TMM10、TMM10i和RO4003、RO4350等則無需進行活化前處理。 微波印制板的制造正向著FR-4普通剛性印制板的加工方向發(fā)展,越來越多的剛性印制板制造工藝和技術(shù)運用到微波印制板的加工上來,具體表現(xiàn)在微波印制板制造的多層化、線路制造精度的細(xì)微化、數(shù)控加工的三維化和表面涂覆的多樣化。 此外,隨著微波印制板基材種類的進一步增多、設(shè)計要求的不斷提升,要求我們進一步優(yōu)化現(xiàn)有微波印制板制造工藝,滿足不斷增長的微波印制板制造需求。 7.微帶線工程的發(fā)展趨勢 微波印制板電路是微波系統(tǒng)小型化的關(guān)鍵,因此有必要了解目前狀況和發(fā)展趨勢。

（1）設(shè)計要求高精度。微波印制板的圖形制造精度將會逐步提高,但受印制板制造工藝方法本身的限制,這種精度提高不可能是無限制的,到一定程度后會進入穩(wěn)定階段。而微波板的設(shè)計內(nèi)容將會有很大程度的豐富。從種類上看,將不僅會有單面板、雙面板,還會有微波多層板。對微波板的接地會提出更高要求,如普遍解決聚四氟乙烯基板的孔金屬化,解決帶鋁襯底微波板的接地。 （2）實現(xiàn)計算機控制。傳統(tǒng)的微波印制板生產(chǎn)中極少應(yīng)用到計算機技術(shù),但隨著CAD技術(shù)在設(shè)計中的廣泛應(yīng)用,以及微波印制板的高精度、大批量,在微波印制板制造中大量應(yīng)用計算機技術(shù)已成為必然的選擇。高精度的微波印制板模版設(shè)計制造,外形的數(shù)控加工,以及高精度微波印制板的批生產(chǎn)檢驗,已經(jīng)離不開計算機技術(shù)。因此,需將微波印制板的CAD與CAM、CAT連接起來,通過對CAD設(shè)計的數(shù)據(jù)處理和工藝干預(yù),生成相應(yīng)的數(shù)控加工文件和數(shù)控檢測文件,用于微波印制板生產(chǎn)的工序控制、工序檢驗和成品檢驗。 (3)高精度圖形制造。微波印制板的高精度圖形制造,與傳統(tǒng)的剛性印制板相比,向著更專業(yè)化的方向發(fā)展,包括高精度模版制造、高精度圖形轉(zhuǎn)移、高精度圖形蝕刻等相關(guān)工序的生產(chǎn)及過程控制技術(shù),還包含合理的制造工藝路線安排。針對不同的設(shè)計要求,如孔金屬化與否、表面鍍覆種類等制定合理的制造工藝方法,經(jīng)過大量的工藝實驗,優(yōu)化各相關(guān)工序的工藝參數(shù),并確定各工序的工藝余量。 (4)表面鍍覆多樣化。隨著微波印制板應(yīng)用范圍的擴大,其使用的環(huán)境條件也復(fù)雜化,同時由于大量應(yīng)用鋁襯底基材,因而對微波印制板的表面鍍覆及保護,在原有化學(xué)沉銀及鍍錫鈰合金的基礎(chǔ)上，提出了更高的要求。一是微帶圖形表面的鍍覆及防護,需滿足微波器件的焊接要求,采用電鍍鎳金的工藝技術(shù),保證在惡劣環(huán)境下微帶圖形不被損壞。這其中除微帶圖形表面的可焊性鍍層外,最主要的是應(yīng)解決既有效防護又不影響微波性能的三防保護技術(shù)。

二是鋁襯板的防護及鍍覆技術(shù)。鋁襯板如不加防護,暴露在潮濕、鹽霧環(huán)境中很快就會被腐蝕,因而隨著鋁襯板被大量應(yīng)用,其防護技術(shù)應(yīng)引起足夠重視。另外要研究解決鋁板的電鍍技術(shù),在鋁襯板表面電鍍銀、錫等金屬用于微波器件焊接或其他特殊用途的需求在逐步增多,這不僅涉及鋁板的電鍍技術(shù),同時還存在微帶圖形的保護問題。 (5)數(shù)控外形加工。微波印制板的外形加工,特別是帶鋁襯板的微波印制板的三維外形加工,是微波印制板批生產(chǎn)需要重點解決的一項技術(shù)。面對成千上萬件的帶有鋁襯板的微波印制板,用傳統(tǒng)的外形加工方法既不能保證制造精度和一致性,更無法保證生產(chǎn)周期,而必須采用先進的計算機控制數(shù)控加工技術(shù)。但帶鋁襯板微波印制板的外形加工技術(shù)既不同于金屬材料加工,也不同于非金屬材料加工。由于金屬材料和非金屬材料共同存在,它的加工刀具、加工參數(shù)等以及加工機床都具有極大的特殊性,也有大量的技術(shù)問題需要解決。外形加工工序是微波印制板制造過程中周期最長的一道工序,因而外形加工技術(shù)解決的好壞直接關(guān)系到整個微波印制板的加工周期長短,并影響到產(chǎn)品的研制或生產(chǎn)周期。

(6)批生產(chǎn)檢驗。 微波印制板與普通的單雙面板和多層板不同,不僅起著結(jié)構(gòu)件、連接件的作用,更重要的是作為信號傳輸線的作用。這就是說,對高頻信號和高速數(shù)字信號的傳輸用微波印制板的電氣測試,不僅要測量線路（或網(wǎng)絡(luò)）的“通斷”和“短路”等是否符合要求,而且還應(yīng)測量特性阻抗值是否在規(guī)定的合格范圍內(nèi)。高精度微波印制板有大量的數(shù)據(jù)需要檢驗,如圖形精度、位置精度、重合精度、鍍覆層厚度、外形三維尺寸精度等。現(xiàn)行方法基本是以人工目視檢驗為主,輔以一些簡單的測量工具。這種原始而簡單的檢驗方法很難應(yīng)對大量擁有成百上千數(shù)據(jù)的微波印制板批生產(chǎn)要求,不僅檢驗周期長,而且錯漏現(xiàn)象多,因而迫使微波印制板制造向著批生產(chǎn)檢驗設(shè)備化的方向發(fā)展。

8.微帶線計算實例 已知Z0=75Ω,θ=30°,f0=900MHz,負(fù)載為50Ω,計算無耗傳輸線的特性： （1）反射系數(shù)ΓL,回波損耗RL,電壓駐