双传输线理论对微波电路设计及其PCB布线原则

（一）双线理论下的PCB 概念

对于微波级高频电路，PCB 上每根相应带状线都与接地板形成微带线（非对称式），对于两层以上的 PCB，即可形成微带线，又可形成带状线（对称式微带传输线）。各不同微带线（双面 PCB）或带状线（多层 PCB）相互之间，又形成耦合微带线，由此又形成各类复杂的四端口网络，从而构成微波级电路 PCB 的各种特性规律。

可见，微带传输线理论，是微波级高频电路PCB 设计基础。

■ 对于800MHz 以上的 RF-PCB 设计，天线附近的 PCB 网路设计，应完全遵循微带理论基础（而不是仅仅将微带概念用于改善集中参数器件性能的工具）。频率越高，微带理论的指导意义便越显著。

■ 对于电路的集中参数与分布参数，虽然工作频率越低，分布参数的作用特性越弱，但分布参数却始终是存在的。是否考虑分布参数对电路特性的影响，并没有明确的分界线。所以，微带概念的建立，对于数字电路与相对中频电路 PCB 设计，同样是重要的。

■ 微带理论的基础与概念和微波级 RF 电路及 PCB 设计概念，实际上是微波双传输线理论的一个应用方面，对于 RF-PCB布线，每相邻信号线（包括异面相邻）间均形成遵循双线基础原理的特征（对此，后续将有明确的阐述）。

■ 虽然通常的微波 RF 电路均在其一面配置接地板，使得其上的微波信号传输线趋向复杂的四端口网路，从而直接遵循耦合微带理论，但其基础却仍是双线理论。所以在设计实际中，双线理论所具有的指导意义更为广泛。

■ 通常而言对于微波电路，微带理论具有定量指导意义，属于双线理论的特定应用，而双线理论具有更广泛的定性指导意义。

■ 值得一提的是：双线理论给出的所有概念，从表面上看，似乎有些概念与实际设计工作并无联系（尤其是数字电路及低频电路），其实是一种错觉。双线理论可以指导一切电子电路设计中的概念问题，特别是 PCB线路设计概念方面的意义更为突出。

虽然双线理论是在微波高频电路前提下建立的，但这仅仅因为高频电路中分布参数的影响变得显著，使得指导意义特别突出。在数字或中低频电路中，分布参数与集中参数元器件相比，达到可以忽略的地步，双线理论概念变得相应模糊。

然而，如何分清高频与低频电路，在设计实际中却是经常容易忽略的方面。通常的数字逻辑或脉冲电路属于哪一类？最明显的具非线性元器件之低频电路及中低频电路，一旦某些敏感条件改变，很容易体现出某些高频特征。高档 CPU 的主频已经到 1.7GHz，远超过微波频率下限，但仍然属于数字电路。正因为这些不确定性，使的PCB设计异常重要。

■ 在许多情况下，电路中的无源元器件，均可等效为特定规格的传输线或微带线，并可用双传输线理论及其相关参量去描述。

总之，可以认为双传输线理论是在综合所有电子电路特征基础上诞生的。因此，从严格意义上说，如果设计实际中的每一环节，首先以双传输线理论所体现的概念为原则，那末相应的 PCB电路所面临的问题就会很少（无论该电路是在什么工作条件下应用）。

(二)双传输线与微带线构造简介

1·微波双线的PCB形式

微带线是由微波双线在特定条件下的具体应用。图 1-a. 即为微波双线及其场分布示意图。在微波级工作频率的 PCB 基板上，可以构成常规的异面平行双线（图 1-b.所示）或变异的异面平行双线（图 1-c.所示）。当其中一条状线与另一条状线相比可等效为无穷大时，便构成典型的微带线（如图 1-d.所示）。从双传输线到微带，

仅边缘特性改变，定性特征基本一致。

注：在许多微波专业论述中，均仅仅描述由常规均匀圆柱形导体构成的双传输线，对 PCB 电路的双线描述则以矩形条状线为常规双传输线。

2·微带线的双线特征

图2-a.为常规微波双线的场分布示意图。图 2-b.为 PCB 条状线场分布示意图。图 2-c.为带有有限接地板的微波双线场分布示意 （注： 图中双线之一和接地板连通） 。 图 2-d 为具有相对无穷大接地板之双线场分布示意 （注：图中双线之一和接地板连通）。

图3-a.为典型偶模激励耦合微带线场分布示意。图 3-b. 为典型奇模激励耦合微带线场分布示意。

从图1、图 2、图3 所示场分布状态看，双线与微带线（包括耦合微带线）特性仅仅为边缘特性的不同。