怎么设计微带与共面波导CPWG？

经常有射频同行问到微带线设计的时候，采用哪种微带形式更好？或者说普通微带线和CPW/CPWG共面波导结构各自有那些优点缺点？

李永每

2019-8-21 15:30:49

从射频到毫米波频段，共面波导（CPW）电路是普遍应用的微带形式。传统的共面波导是在PCB介质基片的表面上制作出导体线，底层制作接成平面GND层。被称为接地共面波导（CPW或CPWG）的电路是传统共面波导的一种改进电路。CPWG是在CPW电路结构的底面增加了一个接地平面，并通过过孔via连接上下地平面。

尽管CPW和CPWG两种电路都对邻道信号具有超好的隔离度，从而降低在高密度电路中的串扰。但相比CPW，CPWG会使不连续处辐射量增加，其原因是CPWG中接地过孔的设计会影响阻抗，并增加损耗。但另一方面，当工作频率升高时，相比微带线电路， CPWG地孔的设计可以允许更大的介质材料厚度。其次，在大功率电路应用中，CPWG比CPW的散热性能更佳，而且增加的接地平面也提高了电路的机械稳定性。最后，当工作在微波和毫米波频率时，对于相同电路材料的微带线和CPWG，CPWG的表面波泄露和辐射损耗更小。

在毫米波及以下频段，CPW和CPWG的生产工艺相对简单且电路性能的稳定性良好。通过传输线传播的电磁波能量，特别是CPWG，其大部分能量都保留在PCB介质材料内部。和微带线电路相比，虽然CPW和CPWG都具有更高的导体损耗，但CPW和CPWG电路的损耗特征是与频率呈线性关系。而微带线电路，特别是在较高频段时，损耗（因与辐射损耗有关）会随着频率不断变化。此外，CPW和CPWG的损耗可以通过合理设计过孔位置及电路尺寸来降低。

在毫米波等高频频段，电路的尺寸变得越来越小，电路中许多关键元件的尺寸将接近电路所传输信号的波长。对于微带线和带状线，反射损耗和辐射损耗会随着频率的上升而增加，选择合适的电路设计变得尤为关键。如果设计得当，CPW特别是CPWG电路在高频段可获得良好的性能，且可常与微带线相结合使用。在许多高频设计实例中，CPWG都作为微带传输线接口处的高性能接口。
CPW是在介质基片的顶层制作导体，并在导体两侧制作接地平面，呈现地线-信号线-地线（GSG）布局。CPW的地平面与信号线是共面的，通过调节信号线宽度及信号线与地之间的间距来控制阻抗。当信号线的宽度渐变至连接器引脚时，CPW的阻抗值可以保持为常数。
CPWG在介质层的底面增加了接地平面，并通过过孔等方式实现上下接地面的连接。在CPW中电磁能量主要集中在介质层内部。对于CPW和CPWG，当介质基片的厚度为导线宽度2倍以上时，能有效抑制电磁能量向空气中泄露。当大于2倍以上时，特征阻抗基本由中心导线宽度及导线和接地平面的间距决定。CPW特征阻抗值通常在20～250 Ω，而微带线与带状线特征阻抗值通常分别在20～120 Ω和35～250 Ω。

从射频到毫米波频段，共面波导（CPW）电路是普遍应用的微带形式。传统的共面波导是在PCB介质基片的表面上制作出导体线，底层制作接成平面GND层。被称为接地共面波导（CPW或CPWG）的电路是传统共面波导的一种改进电路。CPWG是在CPW电路结构的底面增加了一个接地平面，并通过过孔via连接上下地平面。

尽管CPW和CPWG两种电路都对邻道信号具有超好的隔离度，从而降低在高密度电路中的串扰。但相比CPW，CPWG会使不连续处辐射量增加，其原因是CPWG中接地过孔的设计会影响阻抗，并增加损耗。但另一方面，当工作频率升高时，相比微带线电路， CPWG地孔的设计可以允许更大的介质材料厚度。其次，在大功率电路应用中，CPWG比CPW的散热性能更佳，而且增加的接地平面也提高了电路的机械稳定性。最后，当工作在微波和毫米波频率时，对于相同电路材料的微带线和CPWG，CPWG的表面波泄露和辐射损耗更小。

在毫米波及以下频段，CPW和CPWG的生产工艺相对简单且电路性能的稳定性良好。通过传输线传播的电磁波能量，特别是CPWG，其大部分能量都保留在PCB介质材料内部。和微带线电路相比，虽然CPW和CPWG都具有更高的导体损耗，但CPW和CPWG电路的损耗特征是与频率呈线性关系。而微带线电路，特别是在较高频段时，损耗（因与辐射损耗有关）会随着频率不断变化。此外，CPW和CPWG的损耗可以通过合理设计过孔位置及电路尺寸来降低。

在毫米波等高频频段，电路的尺寸变得越来越小，电路中许多关键元件的尺寸将接近电路所传输信号的波长。对于微带线和带状线，反射损耗和辐射损耗会随着频率的上升而增加，选择合适的电路设计变得尤为关键。如果设计得当，CPW特别是CPWG电路在高频段可获得良好的性能，且可常与微带线相结合使用。在许多高频设计实例中，CPWG都作为微带传输线接口处的高性能接口。
CPW是在介质基片的顶层制作导体，并在导体两侧制作接地平面，呈现地线-信号线-地线（GSG）布局。CPW的地平面与信号线是共面的，通过调节信号线宽度及信号线与地之间的间距来控制阻抗。当信号线的宽度渐变至连接器引脚时，CPW的阻抗值可以保持为常数。
CPWG在介质层的底面增加了接地平面，并通过过孔等方式实现上下接地面的连接。在CPW中电磁能量主要集中在介质层内部。对于CPW和CPWG，当介质基片的厚度为导线宽度2倍以上时，能有效抑制电磁能量向空气中泄露。当大于2倍以上时，特征阻抗基本由中心导线宽度及导线和接地平面的间距决定。CPW特征阻抗值通常在20～250 Ω，而微带线与带状线特征阻抗值通常分别在20～120 Ω和35～250 Ω。