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Applikationsschrift 122 Microstrip-Übertragungsleitungen |
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Moderne Hochfrequenz-Leiterbahnen
werden als Übertragungsleitungen in Microstrip- oder Stripline-Technik
gefertigt. In dieser Applikationsschrift behandeln wir verschiedene Microstrip-Übertragungsleitungen.
Eine Microstrip-Übertragungsleitung besteht aus einem Leiter mit definierter Breite aufgebracht auf einem Dielektrikum mit geringem Verlustfaktor sowie einer leitfähigen Massefläche. Das Dielektrikum besteht üblicherweise aus glasfaserverstärktem Epoxy wie z.B G10 oder FR-4, oder PTFE für sehr hohe Frequenzen. Es gibt verschiedene Microstrip-Konfigurationen:
Diese Strukturen werden in den
nachfolgenden Abbildungen beschrieben. |
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Unsymmetrische Übertragungsleitungen Unsymmetrische Microstrip-Übertragungsleitungen sind vermutlich die gebräuchlichste Methode, um zwei Komponenten miteinander zu verbinden. Bei der unsymmetrischen Übertragungsleitung verbindet ein einzelner Leiter die Quelle einer Komponente mit der Last einer zweiten Komponente. Die Referenzlage stellt den Retourpfad dar. Die Impedanz wird durch die Abmessungen der Leiterbahn, den Wert des Dielektrikums und der Dicke des Dielektrikums bestimmt. Beachten Sie den trapezförmigen Querschnitt wobei W der Breite am Trapezdach und W1 der Breite am Trapezfuss entspricht. Es gibt zwei Grundkonfigurationen der Microstrip - surface oder exposed (an der Oberfläche) und embedded (eingebettet). |
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Surface Microstrip (Oberflächen-Streifenleitung)
Abb. 1 – Surface Microstrip |
Die einfachste Konfiguration , die Surface (oder exposed) microstrip, wie in Abb. 1 besteht aus einer Signalleitung, deren Oberseite und Flanken von Luft umgeben sind, und welche durch ein Dielektrikum Er von der Bezugsmasse isoliert ist. Eine Surface Microstrip kann durch Ätzen eines doppelseitig kaschierten Basismaterials erzeugt werden. |
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Die Abbildung zeigt die charakteristischen Eigenschaften einer Microstripleitung:
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Der Einfluss der Dielektrizitätskonstanten Er Der Wert von Er, der Dielektrizitätskonstanten des Basismaterials, hat massgeblichen Einfluss auf den Impedanzwert der Leitung. Viele Schaltungsentwickler spezifizieren daher oft nur die gewünschte Impedanz und überlassen dem Leiterplattenhersteller die Abstimmung des Fertigungsprozesses um die geforderte Impedanz zu erreichen. Beachten Sie, dass bei der Surface
Microstrip-Konfiguration der Signalleiter von Luft umgeben ist und daher die effektive
Dielektrizitätskonstante zwischen 1 (jener von Luft) und 4 (dem Er von G-10 oder
FR-4 Substrat) liegt. Dies hat auch Auswirkungen auf die
Signalausbreitungsgeschwindigkeit. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit sinkt (von
Lichtgeschwindigkeit in Luft) mit steigendem Er, die Surface Microstrip Konfiguration
bietet daher die höchste Ausbreitungsgeschwindigkeit. Der Nachteil ist die
höhere Störstrahlung im Vergleich zu eingebetteten Leitungen. |
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Embedded Microstrip (eingebettete Streifenleitung)
Abb. 2 –
Embedded Microstrip |
Die Embedded, oder buried Microstrip ist ählich aufgebaut wie die surface microstrip, jedoch ist die Signalleitung in das Dielektrikum eingebettet und durch eine definierte Distanz H1 von der Referenzlage getrennt. |
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Coated Microstrip (beschichtete Microstrip)
Abb. 3 – Coated
microstrip |
Die Coated Microstrip ist ähnlich der Surface Microstrip, die Signalleitung wird jedoch durch Lötstoplack abgedeckt. Die Lötstopmaske kann die Impedanz um einige Ohm reduzieren (abhängig von der Art und der Schichtdicke der Lötstopmaske). |
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Die Gleichungen zur Berechnung der charakteristischen Impedanz beruhen auf sehr komplexer Mathematik – üblicherweise Feldberechnungsmethoden mit einer Finite Elemente-Analyse, deren Behandlung über den Rahmen dieses Dokuments hinausgeht. |
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