Линия передачи типа "стриплайн": история и характеристики.

Введение

Ранняя среда передачи электрических сигналов

В электронике, стриплайн – это поперечно-электромагнитная (TEM) среда передачи, изобретенная Робертом М. Барреттом из Исследовательского центра ВВС Кембриджа в 1950-х годах. Стриплайн является самой ранней формой планарной линии передачи.

Описание

В схеме с полосой используется плоская полоса металла, зажатая между двумя параллельными плоскостями заземления. Изоляционный материал подложки формирует диэлектрик. Ширина полосы, толщина подложки и относительная диэлектрическая проницаемость подложки определяют характеристический импеданс полосы, которая является линией передачи. Как показано на диаграмме, центральный проводник не обязательно должен быть расположен на одинаковом расстоянии между плоскостями заземления. В общем случае, диэлектрический материал может отличаться над и под центральным проводником. Для предотвращения распространения нежелательных мод, обе плоскости заземления должны быть соединены между собой. Это обычно достигается рядом переходных отверстий, расположенных параллельно полосе с каждой стороны. Как и коаксиальный кабель, полосовая линия не является дисперсионной и не имеет частоты среза. Обеспечить хорошую изоляцию между соседними проводниками легче, чем в случае микрополосковой линии. Полосовая линия обеспечивает повышенную помехоустойчивость к распространению излучаемых радиочастотных помех, но при этом скорость распространения сигнала ниже, чем в микрополосковой линии. Эффективная диэлектрическая проницаемость полосовой линии равна относительной диэлектрической проницаемости диэлектрической подложки, поскольку волна распространяется только в подложке. Следовательно, полосовые линии имеют более высокую эффективную диэлектрическую проницаемость по сравнению с микрополосковыми линиями, что, в свою очередь, снижает скорость распространения волны (см. также коэффициент скорости).

История

Stripline, в настоящее время используемый как общий термин, первоначально был фирменным брендом компании Airborne Instruments Laboratory Inc. (AIL). Версия, производимая AIL, по сути представляла собой воздушную линию передачи (воздушный стриплайн) с тонким слоем диэлектрического материала, достаточным лишь для поддержки проводящей полосы. Проводник был напечатан с обеих сторон диэлектрика. Более распространенная версия, в которой пространство между двумя пластинами полностью заполнено диэлектриком, изначально производилась компанией Sanders Associates, которая продавала ее под торговой маркой triplate. Изначально stripline был предпочтительнее своего конкурента – микрополоски, разработанной компанией ITT. Передача в stripline осуществляется исключительно в TEM-моде, и, следовательно, дисперсии нет (при условии, что диэлектрик подложки сам по себе не является диспергирующим). Кроме того, элементы разрыва на линии (разрывы, отводы, стойки и т.п.) представляют собой чисто реактивное сопротивление. Это не относится к микрополоске: различные диэлектрики над и под полосой приводят к появлению продольных не-TEM-компонент волны. Это вызывает дисперсию, а элементы разрыва имеют резистивную составляющую, что приводит к их излучению. В 1950-х годах Юджин Фубини, в то время работавший в AIL, в шутку предположил, что микрополосковый диполь может стать хорошей антенной. Это было сделано для того, чтобы подчеркнуть недостатки микрополоски, но микрополосковая патч-антенна стала самой популярной конструкцией антенн в мобильных устройствах. Stripline оставался лидером благодаря своим преимуществам в производительности в 1950-х и 1960-х годах, но в конечном итоге микрополоска победила, особенно в серийно выпускаемых изделиях, поскольку ее было легче собирать, а отсутствие верхнего диэлектрика облегчало доступ и настройку компонентов. С увеличением сложности печатных схем этот фактор удобства становился все более важным, пока сегодня микрополоска не стала доминирующей планарной технологией. Миниатюризация также способствует предпочтению микрополоски, поскольку ее недостатки не так критичны в миниатюризированных схемах. Однако stripline по-прежнему выбирают там, где требуется работа в широкой полосе частот.

Stripline, now used as a generic term, was originally a proprietary brand of Airborne Instruments Laboratory Inc. (AIL). The version as produced by AIL was essentially air insulated (air stripline) with just a thin layer of dielectric material just enough to support the conducting strip. The conductor was printed on both sides of the dielectric. The more familiar version with the space between the two plates completely filled with dielectric was originally produced by Sanders Associates who marketed it under the brand name of triplate. Stripline was initially preferred to its rival, microstrip, made by ITT. Transmission in stripline is purely TEM mode and consequently there is no dispersion (provided that the dielectric of substrate is not itself dispersive). Also, discontinuity elements on the line (gaps, stubs, posts etc) present a purely reactive impedance. This is not the case with microstrip; the differing dielectrics above and below the strip result in longitudinal non TEM components to the wave. This results in dispersion and discontinuity elements have a resistive component causing them to radiate. In the 1950s Eugene Fubini, at the time working for AIL, jokingly suggested that a microstrip dipole would make a good antenna. This was intended to highlight the drawbacks of microstrip, but the microstrip patch antenna has become the most popular design of antenna in mobile devices. Stripline remained in the ascendent for its performance advantages through the 1950s and 1960s but eventually microstrip won out, especially in mass produced items, because it was easier to assemble and the lack of an upper dielectric meant that components were easier to access and adjust. As the complexity of printed circuits increased, this convenience issue became more important until today microstrip is the dominant planar technology. Miniaturisation also leads to favouring microstrip because its disadvantages are not so severe in a miniaturised circuit. However, stripline is still chosen where operation over a wide band is required.

Сравнение с микрополосками

Микрополоска аналогична линии передачи типа "полоска", за исключением того, что микрополоска не заключена между слоями диэлектрика, а располагается на поверхностном слое над плоскостью заземления. Линия передачи типа "полоска" сложнее и дороже в изготовлении, чем микрополоска, и из-за наличия второго слоя заземления ширина полоски для заданного импеданса и толщины платы значительно меньше, чем для микрополоски.