微帶線與帶狀線：佈局差異與使用時機

RF（射頻）PCB 設計是工程與藝術的交會點。在 RF 設計師的工具箱中，微帶線與帶狀線傳輸線是無名英雄，它們確保訊號在 PCB 上無縫傳輸，不受干擾、損耗或阻抗不匹配影響。但這兩種傳輸線究竟是什麼？又該如何選擇？讓我們深入探討，若想進一步了解 PCB，請參閱我們詳細的 PCB 製造部落格。

什麼是微帶線與帶狀線傳輸線？

微帶線傳輸線：

微帶線是位於 PCB 表面的導電走線，下方有接地層，中間夾著介電材料（PCB 基板）。走線頂部暴露在空氣中，其電磁場行為如下：

• 場域部分在基板中傳播，部分在空氣中傳播。

• 這形成混合介電介質，賦予微帶線獨特特性。

帶狀線傳輸線：

相較之下，帶狀線是埋藏在 PCB 內兩個接地層之間的導體，完全被介電材料包圍。其電磁場行為如下：

• 場域完全侷限在介電材料內。

• 這種遮蔽使其對外部雜訊更具免疫力。

為何這些傳輸線在 RF 設計中如此重要？

在 RF 設計中，每一毫米都至關重要。微帶線與帶狀線等傳輸線可確保：

1. 訊號完整性：防止長走線上的訊號失真。

2. 阻抗匹配：維持一致阻抗（如 50 Ω 或 75 Ω）以達到最大功率傳輸。

3. 雜訊抑制： 控制輻射與對外部 EMI 的敏感度。

4. 功率效率：將損耗降至最低以保持訊號強度。

何時使用微帶線 vs. 帶狀線

選擇這兩者就像選擇運動鞋或皮鞋——取決於場合。

微帶線：

• 高速數位訊號：設計簡單，適合成本與效率導向的高速應用。
• 較低頻率（最高約 10 GHz）：當損耗與雜訊非關鍵時表現良好。
• 成本敏感設計：表面走線簡化製程，適合預算有限的專案。

帶狀線：

• 高頻 RF 應用（10 GHz 以上）：更佳遮蔽可減少輻射與干擾。
• 雜訊敏感電路：用於電磁相容性（EMC）要求嚴格的環境。
• 高密度 PCB 佈局：適合需要阻抗控制與最小串擾的複雜多層設計。

應用範例

範例 1：Wi-Fi 天線的微帶線

微帶貼片天線常用於 Wi-Fi 路由器，因其成本低廉、輕巧，且適用於 2.4 GHz 頻段。暴露的表面有助於高效輻射。

範例 2：雷達系統中的帶狀線

77 GHz 雷達系統需要高精度與雜訊免疫力，帶狀線的遮蔽特性在此類高頻、雜訊敏感環境中不可或缺。

計算走線長度與阻抗

微帶線與帶狀線的阻抗取決於其尺寸與 PCB 材料特性。設計時請使用以下公式：

微帶線阻抗（Z₀）

其中：

• ϵ​：基板的介電常數
• h：介質高度
• w：走線寬度
• t：走線厚度

帶狀線阻抗（Z₀）：

其中：

• h：兩接地層間距
• w：走線寬度

微調微帶線與帶狀線的技巧

若要為應用量身打造這些傳輸線：

1. 調整走線寬度：較寬走線降低阻抗；較窄走線提高阻抗。

2. 使用模擬工具： HFSS、ADS 或具 RF 模組的 KiCad 等軟體可協助微調設計。

3. 控制介電材料： 選用低損耗正切的基板，以提升高頻效能。

4. 微調層間高度：在多層 PCB 中，精確控制層間厚度。

使用微帶線與帶狀線的 RF PCB 設計要點

1. 最佳走線實踐

• 最小化彎折：使用平滑曲線或 45° 彎角以避免訊號反射。
• 越短越好：特別在高頻時，走線盡量保持最短。

2. 接地層考量

• 微帶線下方需有連續無斷的接地層。
• 帶狀線則需保持兩接地層對稱，避免訊號偏移。

3. 避免串擾

• 相鄰走線保持足夠間距。
• 必要時使用保護走線或額外接地層。

4. 測試、再測試、反覆測試

• 使用向量網路分析儀（VNA）在製造後驗證阻抗與訊號完整性。

如何防止 RF、IF 與低頻電路間的干擾？

通常，系統中的 RF 電路會作為獨立單板進行佈局與走線，並置於專用屏蔽腔體內。RF 電路多為單層或雙層板，電路相對簡單，可減少分布參數影響並提升系統一致性。相較於一般 FR4 材料，RF PCB 傾向採用高 Q 值材料，其介電常數較低、傳輸線分布電容更小、阻抗更高、訊號傳輸延遲更短。

在混合電路設計中，RF 與數位電路可能位於同一 PCB，但通常會劃分為 RF 與數位區域，各自獨立佈局與走線，並透過接地通孔與屏蔽盒分隔，防止相互干擾。

結論

微帶線與帶狀線是現代 RF 與高速 PCB 設計的骨幹。微帶線提供簡單與成本效益，帶狀線則在雜訊敏感的高頻應用中表現出色。掌握何時與如何使用它們，將決定產品是可靠還是淪為昂貴的紙鎮。

RF 設計不是魔法——是物理（加上一點藝術）。明智選擇、細心設計，並隨時讓烙鐵保持預熱，以應對那些不可避免的微調！

常見問題：

1. 電源與接地層之間的訊號線能否使用帶狀線模型？

可以，電源與接地層在計算特性阻抗時均被視為參考層。例如，在四層板（頂層—電源層—接地層—底層）中，頂層走線的阻抗以電源層為參考，採用微帶線模型計算。