微带线拐角是微带线不连续结构之一,一些有经验的工程师甚至某些大型通信公司的工艺规范用所谓的经验告诉你:使用“3W规则”进行微带线拐角,以减小不连续带来的反射。然而,大家可曾反问过“3W规则”是真的吗?为什么是3W呢?
本文针对微带线拐角进行了详细仿真,证明了广为流传的“3W规则”并非性能最优的处理方式。同时,我们通过仿真优化,提供了其他的方案以供性能指标要求高的场合参考使用。
什么是微带不连续?
微带线作为一种最常见的平面传输线,自上世纪60年代以来已广泛应用在射频电路中。图1表示了微带线结构示意图。其中W表示微带线宽度,t表示微带线厚度,h表示微带线到参考地之间的介质厚度,εr表示介质的介电常数。


t=0.035mm(1oz铜厚)
h=0.275mm(≈10mil)
εr=4.4,W=0.484mm
仿真结果如图3所示,当W=0.484mm时,反射系数S11=-43.26dB,图中两条曲线分别表示理论线宽与优化后的线宽反射系数S11,左上角标注了2.4G频段的反射系数读数,右上角显示了HFSS仿真模型。相对于理论计算结果W=0.5mm,仿真结果表明经HFSS仿真优化后,S11减小了约13dB。

注:为排除线长影响,本文所有仿真模型中,微带线总长度相等(50mm)。

你要的“3W规则”
为了减小微带线反射,可能会有很多工程师告诉你:遵循3W规则。
3W规则是什么呢?3W规则表示使用半径大于3倍线宽W的圆弧进行拐弯,能使得转弯处线宽变化较小,从而减小不连续性,在微带线上称之为“扫掠弯头”,如图5所示。


不妨试试直角弯曲45°外斜切
文献[2]提供了其他几种微带不连续性补偿的几种方案,文献[3]、[4]、[5]以实验方法和数值方法详细分析了不同结构的微带线直角弯曲的信号传输特性, 对微带线进行切角处理可以减小拐角处的等效电容,从而补偿微带线直角弯曲的不连续性效应,理论上这种方法可应用于任意张角的拐角。文献中指出微带线直角弯曲45°外斜切结构形式能够很好地改善信号传输特性且存在最佳斜切率。
直角弯曲45°外斜切结构形式如图7所示,图(a)中d 表示微带线直角弯曲内拐角至外拐角的距离,x 表示45°外斜切处至外拐角的距离,并定义外斜切率:m=(x/d)×100 ,当m=0 时意味着微带线直角弯曲外拐角没有被切割,而m=100 时意味着微带线直角弯曲外拐角被完全切割,把微带线从弯曲处分成了两部分。


用反射抵消反射
微带线不连续导致信号反射大,“3W规则”和“直角弯曲45°外斜切”两种方案作为补偿措施,并没有完全达到直线的性能。我们对技术的探索、对细节的深究是不是就只能到此为止了呢?
矛盾总是有两面性的,我们是否可以利用矛盾抵消矛盾,利用反射抵消反射呢?于是,我们从传输线多次反射的观点[7]出发,提出一种拐角结构,通过两次转折,产生两次反射,期望能够利用反射抵消反射。结构如图9所示,该结构且由小编命名为“双转折”,其中Γ1是第一处转折的反射系数,Γ2是第二处转折的反射系数,θ是两处转折之间的传输线相位,为了作图方便,在仿真中以长度L代替,W是线宽,除了转折处,微带线其他各处宽度均为W,并与以上仿真中的W值(0.484mm)保持一致。



好了,最后我们来总结一下
微带线不连续性的解决方案中,“3W规则”虽然不是性能最优的方案,但在实际应用中,由于其不需要进行详细仿真与调试优化,节约了开发时间,因此,在对性能要求并非特别严格的场合,依然是最便捷的选择。“直角弯曲45°外斜切”不仅能得到十分优良的性能,而且能节约PCB空间,在有条件进行仿真并实际调试的情况下,推荐使用此种方案。“双转折”方案,虽然能得到与直线相媲美的性能,但由于其仿真调试难度大,且占用空间,并不是十分推荐。
来源:致远电子