微波电路及其PCB设计(五)

四．PCB平行双线中的电磁波传输特性

（一）分布参数概念与双传输线
对于集中参数电路，随着工作频率的提高，电路中的电感量和电容量都将相应减少，如图4所示的振荡回路。
当电路中电感量小到一定程度，将使线圈等效为直线（图4-b.）；当电容量小到一定程度，将由导线间分布电容所替代（图4-c.）。

由上述定性描述得如下高频电路设计原则：

● 当工作频率较高时，集中参数将转化为分布参数，并起主导作用。这是微波电路的主要形式。
● 在分布参数PCB电路中，沿导线处处分布电感，导线间处处分布电容。
● 在高频PCB电路设计中，注意元器件标称值与实际值的离散性差别是相对于工作频率而定的。
● 由图可知，PCB条状双线就是具有分布参数之电路的简单形式，除了可以传输电磁能外，还可作为谐振回路使用。

（二）PCB条状双线分布参数的等效方式
通常将一段双线导线分成许多小段（例如每段长度1cm），然后将每段双导线所具有的分布电感与电容量表示为集中参数形式，如图5所示。图中b线，可以是PCB上与a同面并行之走线或地线，也可以是异面并行之走线，为便于解释，这里指空气中两并行线。

在双线传输分析上，常将介质损耗忽略（即R1<<ωL1，G1<<ωC1），然后等效为图5所示的“无耗传输线”形式（即忽略电磁波衰耗）。根据电磁场理论，可知每1cm的条状双传输线电感量与电容量分别为：

L1≈ (μ/π)ln(2D/d)　　　　(H)
C1≈πε/ln(2D/d) (F)
式中，μ=线间介质磁导率（H/cm）。当介质为空气时，μ=μ0=4×E-5（H/cm）；ε=线间介电常数。当介质为空气时，ε=ε0=8.85×E-10；D=双线间距；d=PCB线厚度或宽度（具体定义详见后续说明）。
综合上述的设计概念如下：
● PCB中，可分别近似认为d为铜皮宽度（对电感）或铜皮厚度（对电容），前提是对无接地板的同面双线。对于异面平行双线时，D为PCB厚度，d为线宽。
● 工作于高频状态两层以上PCB设计中，不仅要考虑同面走线间的分布参数，也需考虑异面走线间的分布参数，而且更为重要（具接地板的RF-PCB电路则属于另外的分析方式棗参见后续）。