PCB技術 - マイクロストリップワイヤとアースコプラナー導波路の違いは何ですか。

ある回路設計のために最適なPCB材料を選択する場合、高周波回路設計者は通常、回路の性能変化、物理サイズ、電力の高さを考慮しなければなりません。異なる伝送路技術の選択は、マイクロストリップ線または接地共面導波路（GCPW）の使用など、回路設計の最終性能に影響を与えます。ほとんどの設計者は高周波マイクロストリップ線とストリップ線の明らかな違いを知っているが、アースコプラナー導波路は従来のマイクロストリップ線と多くの違いがあります。接地共面導波路エネルギーは高周波回路設計者の設計に多くの利点と利便性をもたらしました。異なる回路を選択する場合、異なるPCB材料がマイクロストリップ線と接地共面導波回路に与える影響を理解することは設計に非常に役立ちます。次の図１では、2つの回路の異なる構造を見ることができます。

図1：同じな構造比較図

マイクロストリップワイヤ回路の構造は、信号導体ワイヤが誘電体層の頂部に加工され、接地導体面が誘電体層の底部にあります。一方、アースコプラナー導波構造では、誘電体層の底部にある接地面を除いて、誘電体層の頂部には、追加の2つの地面が追加され、信号導体がこの2つの地面の中にあり、相互に間隔を置いています。上部と底部の接地平面を接続するための金属充填孔による一貫した接地性能を実現しました。また、接合部などの回路不連続部の整合性を保証するために、多くの接地共面導波回路は接地母線を通じて2つの上層接地導体間の電気的接続を実現しています。

2つの伝送路技術の違いは、アースコプラナー導波路において、上層接地導体と信号導体の間の小ピッチが回路の低インピーダンスを実現し、このピッチを調整することで回路のインピーダンスを変えることができる点です。接地導体と信号導体の間隔が大きくなり、インピーダンスも大きくなります。接地共面導波路の最上層接地導体と信号導体の間隔が大きくなると、接地導体の回路への影響が低下します。ピッチが十分に大きい場合、アースコプラナー導波回路はマイクロストリップ線回路に似ています。

なぜ、ある伝送路が他の伝送路技術よりも優れているのでしょうか。明らかに、アースコプラナー導波路よりもマイクロストリップワイヤ構造が簡単で、これは加工とコンピュータモデリングに便利です。マイクロストリップ線とストリップ線はマイクロ波帯で最も一般的な伝送線技術であるが、ミリ波周波数帯では、マイクロストリップ線とストリップ線回路の損失が増加します。これにより、これら2つの伝送路技術の30 GHz以上の周波数帯での動作効率が低下します。しかし、アースコプラナー導波路は強固な接地構造を有し、高周波数帯ではより低い損失を備えています。これは、ミリ波周波数帯、さらには100 GHz以上の周波数帯の設計に潜在的な優位性と安定性を提供します。

マイクロストリップ線または接地共面導波路伝送線技術を使用する場合、PCB材料はどのような役割を果たしているのでしょうか。誘電率（Dk）と誘電率の一致などの材料パラメータは伝送路の電気的性質に影響を与えます。誘電率Dkの材料の内部でも外部でも電磁場が伝播できるため、回路構造における伝播方式が異なり、回路材料の有効誘電率に影響を与えます。上部伝送路と下部接地面のマイクロストリップ線回路構造では、その電磁場は主に2つの金属平面の間の誘電体材料の内部に分布し、信号導体のエッジに集中的に分布しています。したがって、マイクロストリップワイヤ回路の有効誘電率とPCB材料の誘電率値は密接に関連しており、例えば、ロジャーズ社のRO 4350 B炭化水素セラミックスPCB材料、10 GHzにおけるz（厚さ）方向の誘電率プロセス基準値は3.48で、材料全体の誘電率偏差は±0.05に維持されています。

PCB材料の有効誘電率は、50Ohm特性インピーダンスなどの回路構造のサイズを決定します。例えば、RO4350B炭化水素セラミック回路材料のマイクロストリップ伝送路に基づいて、50Ohm特性インピーダンス条件下の回路幅は、材料の誘電率値3.48に基づいています。しかし、この材料を用いた接地共面導波路では、その有効誘電率が低下します。

電磁場はPCB誘電体材料ではなく回路上の空気中により多く分布するため、アースコプラナー導波路の有効誘電率はマイクロストリップ線よりも小さくなります。アースコプラナー導波路とマイクロストリップ線の有効誘電率の違いは、アースコプラナー導波路の媒体厚と最上層の地信号線-地との間隔にも依存します。

PCB加工因子がマイクロストリップワイヤ回路に与える影響はアースコプラナー導波回路に与える影響より小さいです。たとえば、PCB銅めっき厚さの違いはマイクロストリップワイヤ回路の性能に与える影響は小さいが、接地共面導波回路の性能に影響を与える。マイクロストリップワイヤ回路では、厚いPCB銅層の厚さは挿入損失と回路の有効誘電率をわずかに減少させるだけである。一方、アースコプラナー導波回路については、厚いPCB銅層の厚さがトップ層の地−信号線−地間電磁場の増加を招き、これによりアースコプラナー導波回路の上方の空気中の電磁場分布が増加します。空気中の電磁場分布の増加は、厚いPCB銅層厚を用いたアースコプラナー導波回路の回路損失とPCBの有効誘電率の両方の顕著な低下をももたらしました。