2. Prowadnice TEM

2.6. Linia mikropaskowa

Rozwój technologii układów scalonych, planarnych z samej natury, zmusił konstruktorów do opracowania nowej rodziny prowadnic falowych, które można stosować zarówno w hybrydowych jak i monolitycznych układach scalonych. Najpopularniejszym rozwiązaniem jest linia mikropaskowa, której strukturę pokazano na rys.1.12A. Płaska, o odpowiednio dobranej grubości h warstwa dielektryka pokrywana jest obustronnie metalem. Warstwa metalizacji jest z jednej strony pozostawiona w całości, natomiast z drugiej strony pozostawione są tylko wąskie ścieżki metalizacji o odpowiednio dobranej szerokości w.
Linia mikropaskowa nazywana jest linią quasi-TEM, ponieważ fala EM porusza się w ośrodkach o 2 różnych prędkościach. Linia wykazują niewielka dyspersję.
 
 
Rys.1.13. Prowadnice planarne. A) Linia mikropaskowa rzeczywista struktura. B). Pasek linii mikropaskowej w dielektryku o przenikalności efektywnej.


Impedancja charakterystyczna linii mikropaskowej jest funkcją grubości warstwy h, szerokości paska metalizacji w oraz przenikalności elektrycznej \varepsilon_rdielektryka oddzielającego pasek od metalizacji „ziemi”. Do odpowiednich zależności wprowadza się efektywną przenikalność, której wartość leży między \varepsilon_rpodłoża a \varepsilon_0 powietrza. Z dobrym przybliżeniem można *eff obliczyć z podanej niżej zależności (1-75):

  

\varepsilon _{eff}\cong \frac{\varepsilon_{r}+1}{2}+\frac{\varepsilon_{r}-1}{2}\frac{1}{\sqrt{1+12\frac{h}{w}}};

(1-75)  

Dla w/h ≤1  wartość impedancji charakterystycznej Z0 można obliczyć z zależności (1-76):

  

Z_{0}[\Omega ]\cong \frac{60}{\sqrt{\varepsilon _{eff}}}\ln (\frac{8h}{w}+\frac{w}{4h});

(1-76)  

Gdy w/h > 1 z lepszym przybliżeniem obliczamy wartość impedancji Z0 ze wzoru (1-77):

  

Z_{0}[\Omega ]\cong \frac{377}{\sqrt{\varepsilon _{eff}[\frac{w}{h}+1.393+0.677\ln (\frac{w}{h}+1.444)]}};

(1-77)  

Dla określonych materiałów, które wykorzystano projektując linię mikropaskową długość fali zależy od stosunku w/h, gdyż ze zmianą wartości w/h zmienia się εeff.

  

\lambda _{f}[\mathrm{cm}]]=\frac{30}{\sqrt{\varepsilon _{eff}f[\mathrm{GHz}]}};

(1-78)  

W praktyce obliczenia wymiarów linii mikropaskowych prowadzimy wykorzystując jeden z licznych komputerowych programów obliczeń.
Zakres częstotliwości pracy linii mikropaskowej jest bardzo szeroki, od prądu stałego DC do 30 GHz dla układów hybrydowych, i do 500 GHz dla układów monolitycznych.