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on Leiterplatten zu Mikrostreifenleitungen: Kennen Sie die Geschichte hinter diesem Übergang
Mit dem kontinuierlichen technologischen Fortschritt entwickeln sich auch die Übertragungsverfahren für Mikrowellenkommunikation und Funksignale rasant weiter. Unter ihnen haben Mikrostreifenleitungen als wichtige elektrische Übertragungsleitungen nach und nach die traditionelle Wellenleitertechnologie ersetzt. Diese Änderung senkt nicht nur die Kosten, sondern macht das Gerät auch leichter und kompakter und gibt uns einen Einblick hinter die Technologie.
Eine Mikrostreifenleitung ist eine elektrische Übertragungsleitung, die aus einem Leiter und einer Massefläche besteht, die durch eine Schicht aus dielektrischem Material, ein sogenanntes Substrat, getrennt sind.
Mikrostreifenleitungen sind in erster Linie für die Übertragung von Mikrowellenfrequenzsignalen konzipiert. Zu ihren typischen Implementierungstechnologien gehören Leiterplatten (PCBs) und dielektrische Schichten, die mit Materialien wie Aluminiumoxid beschichtet sind. Im Vergleich zur herkömmlichen Wellenleitertechnologie sind Mikrostreifenleitungen kostengünstiger, leichter und ermöglichen eine effektive Signalübertragung auf kompaktem Raum. Die Entwicklung des Mikrostreifens geht auf die ITT Laboratories zurück, die 1952 erstmals als Konkurrenzprodukt zur Streifenleitungstechnologie auf den Markt kamen.
Im Vergleich zu Wellenleitern sind Mikrostreifenleitungen kleiner und kostengünstiger, weisen jedoch eine schlechtere Belastbarkeit und geringere Signalverluste auf.
Aufgrund der strukturellen Eigenschaften von Mikrostreifenleitungen weisen diese in der praktischen Anwendung einige offensichtliche Mängel auf. Eines der größten Probleme besteht darin, dass Mikrostreifenleitungen im Vergleich zu Wellenleitern im Allgemeinen offen sind und daher anfälliger für Übersprechen und unbeabsichtigte Strahlung sind. Um die niedrigsten Kosten zu erreichen, verwenden Mikrostreifenleitungsgeräte normalerweise gewöhnliche FR-4-Substrate (Standard-PCB). Bei Mikrowellenfrequenzen ist der dielektrische Verlust von FR4 jedoch normalerweise zu hoch und die Dielektrizitätskonstante ist nicht sehr stabil. Daher haben Aluminiumoxidsubstrate werden zu ihrer gemeinsamen Wahl. Alternative Optionen.
Es ist erwähnenswert, dass Mikrostreifenleitungen auch beim Design digitaler Hochgeschwindigkeits-PCBs weit verbreitet sind. Da die Notwendigkeit der Signalübertragung von einem Teil zum anderen zunimmt, müssen Designer Signalverzerrungen und gegenseitige Störungen berücksichtigen. Daher werden symmetrische Signalpaare, also differenzielle Mikrostreifenleitungen, häufig zur Unterstützung von DDR2-SDRAM-Takten, USB-Hochgeschwindigkeitsdatenleitungen und PCI-Express-Datenleitungen verwendet.
Diese Innovationen im Bereich der Mikrostreifenleitungen beschränken sich nicht nur auf drahtlose Anwendungen, sondern werden auch auf die digitale Signalübertragung ausgeweitet und sind zu einem integralen Bestandteil des elektronischen Schaltungsdesigns geworden.
Beim Funktionsprinzip einer Mikrostreifenleitung sind elektromagnetische Wellen sowohl im dielektrischen Substrat als auch in der Luft über dem Substrat vorhanden. Aufgrund der unterschiedlichen Dielektrizitätskonstanten variiert die Ausbreitungsgeschwindigkeit elektromagnetischer Wellen in diesem inhomogenen Medium. Daher variiert der Wellenwiderstand der Mikrostreifenleitung mit der Frequenz, und bei bestimmten Frequenzen wirkt sich auch der Widerstand des Felds aus.
Der Wellenwiderstand einer Mikrostreifenleitung kann mithilfe einer Reihe komplexer Formeln berechnet werden. Einer der klassischen Ausdrücke wurde von Harold Wheeler vorgeschlagen, der die effektiven Konstanten und die Standardimpedanz des Mediums berücksichtigt und in vielen Fällen genaue Schätzungen liefert. Dieses System ermöglicht es Designern, Signalausbreitungseigenschaften und Impedanzanpassung bereits zu Beginn des Entwurfs zu berücksichtigen und so eine effiziente Signalübertragung zu erreichen.
Gemäß Wheelers Formel kann die charakteristische Impedanz einer Mikrostreifenleitung einfach als eine Funktion beschrieben werden, die mit der effektiven Konstante des Mediums und der Leitungsbreite zusammenhängt, wodurch selbst unter unterschiedlichen Hoch- und Niederfrequenzbedingungen eine relative Genauigkeit aufrechterhalten werden kann.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Entstehung und kontinuierliche Weiterentwicklung von Mikrostreifenleitungen nicht nur die Übertragungseffizienz verbessert, sondern auch zu Innovationen in zahllosen Anwendungen elektronischer Geräte führt. Wenn wir auf den Übergang von der Leiterplatte zur Mikrostreifenleitung zurückblicken, fragt man sich unweigerlich, wohin sich die elektronische Übertragungstechnik in Zukunft entwickeln wird.
