实验一 理想微带传输线特性阻抗模拟.docx

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实验一理想微带传输线特性阻抗模拟

實驗一理想微帶傳輸線特性阻抗模擬

ㄧ、原理說明

一般常見的電子電路都是以集總模式（lumpedmode）來描述電路的行為，主要的假設是電路的工作波長遠大於實際電路尺度的大小，在頻率很低時可以得到相當正確的近似。

然而電路工作頻率變高時，也就是說工作波長與實際電路尺度大小差不多時，以集總模式來描述電路的行為其誤差相當大，因此必須以分散式模式（distributedmode）來考慮電路的行為，分散式模式的做法是將電路分成很小的片段，每一小片段可用電阻、電容及電感代表小片段的電路的行為，將每一小片段整合起來即為整個電路的行為。

圖1.1為傳輸線的等效電路圖，根據此圖可列出電壓在x+x與x處的電壓差方程式，配合

圖1.1傳輸線的等效電路圖

RLCG元件可得出公式（1-1），同理可得出電流方程式（1-2）。

兩邊同時除以x，可得公式（1-3）及（1-4）

兩邊對x微分，得公式（1-5）及（1-6）

將公式（1-4）及（1-6）代入公式（1-5），得

以極座標向量（phasornotation）表示電壓電流

可得到頻率領域的表示式

式中之為衰減常數（attenuationconstant）而為相位常數（phaseconstant），而

傳輸線的特性阻抗，Zo，定義為

對於無損失之傳輸線R=G=0，所以=j=jw（LC）1/2，傳輸線的特性阻抗（characteristicimpedance）及傳輸延遲時間（propagationdelay）

參考圖1.2為具有負載端之傳輸線反射率

負載端的反射係數（reflection

圖1.2具有終端負載的傳輸線

coefficience），L

沿著為

若負載端接上ZL的負載，則負載端的反射係數L及傳輸線路的徑阻抗Z（x）為

輸入端的阻抗Zin為

對於無損失之傳輸線輸入端的阻抗Zin為傳輸線長度、訊號頻率、終端負載及傳輸線特性阻抗的函數。

對於圖1.3結構之微帶傳輸線（microstripline）的特性阻抗及傳輸時間的近似值如下式，當0.1

圖1.3微帶傳輸線結構

而圖1.4結構之條狀傳輸線（stripline）的特性阻抗及傳輸時間的近似值

圖1.4條狀傳輸線結構

二、ADS模擬步驟

1.從WindowXP工具列中開始程式集AdvancedDesignSystem2005AADSToolsLineCalc開啟視窗。

設定【SubstrateParameters】Er=4.45,H=0.7mm,T=0.05mm,【ComponentParameters】Freq=1GHz,【Electrical】Zo=50Ohm,E_Eff=90deg（1/4波長）按下【Synthesize】圖示，獲得【Physical】W=1.28mm,L=41.3mm，如下圖所示

三、微帶傳輸線特性阻抗製作與量測

假設要製作50之微帶傳輸線特性阻抗，其步驟如下：

1.首先印刷電路板的參數，以游標尺量印刷電路板的厚度參數，像印刷電路板的厚度（兩面銅箔蝕刻後量的厚度）及金屬銅箔的厚度（兩面板銅箔蝕刻前後各量一次厚度，然後金屬銅箔的厚度=[蝕刻前板厚-蝕刻後板厚]/2）。

2.參照實驗二的步驟決定印刷電路板的介電係數r=4.45（本範例使用之FR4-0.8mm印刷電路板的介電係數）。

3.

將Zo=50，h=0.7mm（本範例使用之FR4-0.8mm印刷電路板的厚度）及t=0.05mm（本範例使用之FR4-0.8mm印刷電路板金屬銅箔的厚度）代入下式計算線寬w約為1.24mm。

除了用上面公式外，亦可以ADS軟體模擬50線寬w，本範例使用50線寬w為1.28mm。

4.

Toplayer

然後以protelPCB軟體繪製TOPlayer線寬為1.28mm及長度3cm的一條佈線，Bottomlayer為整面的接地面，如下所示：

Bottomlayer

5.

將洗完之印刷電路板裁成適當大小，焊接上50之SMA接頭，完成之實體圖如下圖所示。

6.在以時域反射儀（Agilent54753A,TDR）測量其傳輸線的特性阻抗，如下圖為測量之接法。

7.從反射圖（如下圖為實測之波形）即可得知傳輸線的特性阻抗為51.5。