微带板传输线阻抗分析和匹配

微带板传输线阻抗分析和匹配

李,霞

(中国电子科技集团第三十八研究所，安徽合肥 230088)

摘 要:介绍了传输线阻抗匹配的原理以及匹配方法，介绍了两种传输线阻抗计算的经验公式，在此基础上讨论了影响传输线阻抗控制的主要因素。

关键词:传输线 阻抗匹配 因素

1引言

随着微电子技术和通信技术的不断发展，电子设计系统正在向高速方向发展，时钟和数据速率从以前的几十 MHz 变成现在的几百 MHz 甚至 1GHZ 或更高的频率。在这种高速系统中，信号是以电磁波的速度在信号通道上传输，当高速变化的信号在传输线中传输时，如果终端和始端出现阻抗失配现象，则会出现电磁波的反射，使信号波形严重畸变，并且引起一些有害的干扰脉冲，影响整个系统的正常工作。因此在高速系统中，必须对信号经过的传输环境进行阻抗匹配控制,从而保证信号传输的完整性。

2传输线阻抗的物理含义

在电路分析中，信号传输的连接线称为传输线。下面介绍两个与传输线特性密切相关的概念。

(1)特征阻抗:它是沿传输线上分布电容和电感的等效，其物理含义是入射波的电压与电流的比值或反射波的电压与电流的比值。

3 阻抗匹配及其重要性

传输理论指出，通常情况下，传输线传输的电压或电流是由该点的入射波和反射波叠加而成的，或者说是由行波和驻波叠加而成的。当传输线的负载阻抗与传输线特征阻抗相等时，线上只存在入射波而无反射波，我们称之为负载阻抗匹配。

(1)当传输线的负载阻抗与传输线特征阻抗不等时，传输线上除了会出现入射波外，还会出现反射波，称之为阻抗控制失配现象。反射波的存在意味着传送到传输线终端的功率不能全部为负载所吸收，从而降低了传输效率。

当传输线的负载阻抗大于传输线特征阻抗，电压信号发生正向反射，电流信号发生负向反射;

当传输线的负载阻抗小于传输线特征阻抗，电压信号发生负向反射，电流信号发生正向反射。

(2)当传输线的负载阻抗等于传输线特征阻抗时，传输线上同时存在着行波和驻波，若信号电压比较高，则在电压波腹点容易产生介质击穿的现象。如欲避免击穿，势必采用尺寸较大和耐压较高的传输线，从而加大了投资。

(3)在行波和驻波同时存在的情况下，电流波腹点附近的电流振幅也高于正常值，产生的热量也比较大，附近的绝缘易被烧坏。

(4)在存在反射波的情况下,从传输线始端向传输线看入的阻抗都将随着频率而变化。当用来传输含有若干频率的信号时，将使信号产生失真。

由以上可知，传输线上阻抗不匹配会引起信号反射，减小和消除反射的方法是根据传输线的特征阻抗在其发送端或接收端进行终端阻抗匹配，从而使反射系数等于零，这种情况称传输线阻抗达到了完全匹配，无任何信号反射，这是传输线路追求的理想境界。

4影响传输线阻抗匹配的主要因素

在电路中，传输线一般分为两种:微带线，带状线，本文针对第一种传输线作分析。

影响传输线阻抗的因素主要有:铜线的宽度，铜线的厚度，介质的介电常数，介质的厚度，焊盘的厚度，地线的路径，周边的走线等，在具体加工时，一般主要因素:铜线的宽度，铜线的厚度，介质的介电常数。

当然影响阻抗匹配不仅是上述3个因素，上面所提的只是比较而言影响度较大的几个因素。对于高频信号传输，应尽可能的走短线，如果可能要在信号线的周围铺地作保护;对于有高分布电容的负载，也应该用短而粗的走线形式，走线越长，阻抗匹配的形式就越复杂。

5阻抗匹配方法

通常可以利用匹配网络来实现，使用电容电感实现阻抗匹配，在低频段使用变压器、L 形、T形、T 形电路实现匹配，这类电路体积小、结构简单、应用广泛。低频段采用传输线变压器可以实现宽带阻抗变换;使用电感和电容性的元件组成L形匹配电路;而形、T 形电路可以实现电路的品质因数的调节，提高频带宽度，灵活性更高。还可以采用分布式参数元件电路匹配的方法，其中混合型匹配电路(中低频)， 这类电路设计中尽量的少用电感元件，因为它有较高的电阻损耗且寄生参数也很严重;第二个是单分支匹配电路，并联单分支电路由一段串联的传输线和一段并联的终端开路或短路传输线构成，设计时通常取恒定的传输线的特性阻抗，通过调节传输线的长度，进行阻抗匹配设计:最后是双分支匹配电路，这类匹配电路更易于实现匹配阻抗的调节，只是设计有点复杂。还可以使用噪声匹配电路实现阻抗匹配。

6 结束语

阻抗匹配常见于各级放大电路之间;放大电路与负载之间;信号的传输电路之间;测量仪器与被测电路之间:天线与接收机或发射机与天线之间，等等。阻抗匹配对于信号的最大功率传输和无反射传输(信号的完整传输)有着重要的意义。本文所介绍的几种电路或网络虽然可以实现阻抗匹配，但是只是适用于高、低频范围内，而且要通过选频电路实现阻抗匹配。若要在高速、微波电路和长距离信号传输过程中实现阻抗匹配，还需要用传输线或波导等其它方法实现。

参考文献:

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