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1、實驗一 理想微帶傳輸線特性阻抗模擬、原理說明一般常見的電子電路都是以集總模式(lumped mode)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(distributed mode )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+Dx與x處的電壓差方
2、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Dx，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(phasor notation)表示電壓電流可得到頻率領域的表示式式中之a為衰減常數(attenuation constant)而b為相位常數(phase constant)，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g=jb=jw(LC)1/2，傳輸線的特性阻抗(characteristic impedance
3、)及傳輸延遲時間(propagation delay) 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)，GL沿著為若負載端接上ZL的負載，則負載端的反射係數GL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(microstrip line)的特性阻抗及傳輸時間的近似值如下式，當0.1w/h2和1er15下式較正確。圖1.3 微帶傳輸線結構而圖1.4結構之條狀傳輸線(stripline
4、)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Window XP 工具列中開始程式集Advanced Design System 2005AADS ToolsLineCalc開啟視窗。設定【Substrate Parameters】Er=4.45, H=0.7mm,T=0.05mm, 【Component Parameters】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
5、作與量測假設要製作50W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er=4.45(本範例使用之FR4-0.8mm印刷電路板的介電係數)。3. 將Zo=50W，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1.24 mm。除了用上面公式外，亦可以ADS軟體模擬50W線寬w，本範例使用50W線寬w為1.28mm。Top layer4. 然後以protel PCB軟體繪製TOP layer線寬為1.28 mm及長度3cm的一條佈線，Bottom layer為整面的接地面，如下所示：Bottom layer5. 將洗完之印刷電路板裁成適當大小，焊接上50W之SMA接頭，完成之實體圖如下圖所示。 6. 在以時域反射儀( Agilent 54753A, 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51.5W。SMA接頭效應51.5W開路反射
