Avantages et inconvénients des différents types de lignes de transmission haute fréquence

Vous savez déjà que j’ai eu des difficultés dans ma vie amoureuse. Après des tentatives infructueuses lors de rendez-vous arrangés et de speed-dating, j’ai décidé qu’il était temps d’essayer les rencontres en ligne. J’ai trouvé une jolie fille qui m’a dit qu’elle avait mon âge et nous avons pris rendez-vous. Lorsque je l’ai rencontrée, j’ai découvert qu’elle m’avait berné et que ce n’était pas réellement elle sur la photo ! Inutile de dire que les choses se sont plutôt mal passées. J’ai finalement compris que j’aurais dû faire des recherches un peu plus approfondies sur elle et sur les sites de rencontre avant de me jeter aveuglément à l’eau. Même si vous êtes peut-être tenté de faire du zèle en étudiant les subtilités des sites de rencontre et de leurs clients, vous devriez réserver un peu de temps pour le consacrer à votre premier amour, les circuits imprimés. Ce qui pourrait vous intéresser dans un avenir proche, ce sont les lignes de transmission haute fréquence (LT). Dans le passé, nous pouvions laisser les concepteurs de circuits ultra-sophistiqués se soucier de ces lignes. Mais de nos jours, n’importe quel ingénieur doit réaliser des cartes pour des applications qui fonctionnent à des fréquences toujours plus élevées. Étant donné que les applications haute fréquence sont de plus en plus courantes, cette tendance va se poursuivre. Je ne sais peut-être pas m’y prendre dans mes rencontres amoureuses, mais je peux certainement vous rappeler les principes fondamentaux et les applications des trois lignes de transmission LT les plus communes : microstrip, stripline et le guide d’onde coplanaire (CPW).

Le microruban (microstrip)

Le microstrip est la LT par défaut microrubans. Ce type de LT est constituée généralement d’un ou de plusieurs rubans de cuivre sur le substrat, avec un plan de masse au-dessous. Il est assez facile à fabriquer. La conception est simple, tout comme la réalisation de modèles. Si seulement on pouvait prédire les relations amoureuses aussi facilement que la transmission des ondes électromagnétiques haute fréquence.

Le diagramme de rayonnement électromagnétique (EM) d’un microruban montre que la plus grande partie du champ électrique est à l’intérieur du substrat. Mais une petite partie est aussi rayonnée au-dessus du ruban. Cette partie qui rayonne au-dessus de la surface exposée du microruban contribue aux pertes de rayonnement dans la transmission.

Les rencontres en ligne sont populaires parce qu’on peut utiliser le réseau pour se connecter à d'autres personnes. Le microruban est populaire pour des raisons similaires, c’est pourquoi il est utilisé dans les patchs antennes. Il permet de fabriquer de bonnes antennes lorsque les microrubans sont combinés avec un substrat relativement épais qui a une faible constante diélectrique. Cependant, l’utilité de cette LT diminue à mesure que vous vous éloignez du spectre RF pour arriver dans celui des micro-ondes et au-delà. À mesure que les fréquences augmentent, les microrubans commencent à se comporter comme s’ils avaient la même constante diélectrique que leurs substrats et à générer pas mal de pertes.

Un microruban est la LT parfaite pour vous si vous travaillez à des fréquences relativement basses et désirez un type de conducteur ne posant aucun problème.

N’essayez pas d’utiliser ces lignes de transmission dans vos conceptions.

La ligne ruban (stripline)

Sur de nombreux sites de rencontre, vous trouverez des personnes qui se sont fait avoir et qui maintenant se cachent derrière une coque protectrice. C'est pareil pour la ligne ruban, car il s’agit d’un microruban qui est simplement caché entre deux plans de masse. D’un point de vue technique, je ne peux pas appeler le matériau autour de cette ligne du substrat car il entoure le conducteur. Cette LT est un peu plus difficile à fabriquer que le microruban, mais ce n’est pas trop gênant. Les choses deviennent plus problématiques quand vous décidez de suspendre la ligne ruban dans l’air entre ses plans de masse plutôt qu’au milieu du substrat.

Les champs électriques dans la ligne ruban sont entièrement contenus dans le substrat par les plans de masse situés au-dessus et en-dessous. Il s’agit fondamentalement d’un câble coaxial déguisé, surtout si vous incluez des vias de mise à la masse des deux côtés de votre ligne. L’avantage des vias de mise à la masse est qu’il ne peut y avoir aucune différence de potentiel entre vos deux plans de masse. Ils vont également contenir entièrement votre signal. Si votre conducteur est entouré de tous les côtés par du substrat, la constante diélectrique efficace est tout simplement celle du matériau. Si la ligne est partiellement ou entièrement suspendue dans plusieurs matériaux, vous aurez à faire les calculs vous-même.

Je n’aime pas particulièrement que d’autres personnes s’immiscent dans ma vie amoureuse. Si vous êtes aussi du genre à garder votre vie privée, la ligne ruban peut vous aider à préserver votre signal de toute interférence. Les plans de masse supérieur et inférieur contiendront votre signal et écarteront aussi les signaux indésirables. Les préoccupations principales de perte dans le cas des lignes rubans, ce sont les pertes du diélectrique, de la résonance magnétique et de la conductivité des lignes elles-mêmes. De plus, vous devrez faire attention à la façon dont vous ferez sortir votre signal du substrat. Vous devrez utiliser des vias, mais les vias traditionnels peuvent provoquer de la réflexion et des interférences. Je vous conseille donc d’utiliser des microvias pour connecter votre ligne ruban à d’autres couches.

La ligne ruban possède une performance décente à haute fréquence, mais elle est loin d’être la solution idéale.

N’hésitez pas à envoyer des baisers à l’écran pour le remercier de ces informations.

Guide d’ondes coplanaire

Avez-vous jamais constaté que la personne la plus parfaite pour vous était aussi extrêmement compliquée ? Malheureusement pour vous, la LT qui convient le mieux aux hautes fréquences est également la plus compliquée. Les guides d’ondes coplanaires présentent des caractéristiques haute fréquence excellentes, même au-delà de 100 GHz. Le problème est qu’ils sont difficiles à fabriquer et très compliqués à modéliser.

Le diagramme de rayonnement dans les guides d’ondes coplanaires est plutôt intéressant. Les champs sont principalement contenus entre les deux plans de masse adjacents. Cela permet de réduire les pertes de rayonnement dans le microruban en surface. Les CPW peuvent avoir des constantes diélectriques plus faibles que les autres types de ligne, surtout s’ils sont mis à la masse. Si vous ajoutez un plan de masse au-dessous de votre CPW, celui-ci pousse les lignes de champ électrique dans l’air au-dessus du conducteur, plutôt que dans le microruban. Cela abaisse la constante diélectrique efficace de la ligne et peut réduire les pertes. Les pertes primaires du CPW sont celles dans le conducteur et dans le substrat. Elles peuvent être limitées en utilisant de meilleurs matériaux.

Les CPW sont parfaits pour les circuits denses, car leur géométrie limite la diaphonie. Ils ont l’avantage de résister aux discontinuités dans leurs plans de masse. Les CPW sont donc un excellent choix si vous travaillez avec des circuits denses à haute fréquence.

Donc voilà les trois options principales dans le domaine des lignes de transmission. J’espère que vous avez quelques options de plus dans votre vie amoureuse. Si ce n’est pas le cas, réconfortez-vous en concevant des cartes qui utilisent les LT les mieux adaptées à leurs besoins. Le microruban (microstrip) convient parfaitement pour le circuit imprimé de tous les jours, mais si vous cherchez quelque chose de spécial, vous aurez besoin d’utiliser autre chose. La ligne ruban (stripline) possède de bonnes caractéristiques haute fréquence et résiste bien aux ingérences d’autres signaux. Cependant, elle est difficile à fabriquer et elle a besoin de vias pour la connecter au reste de votre circuit. Le CPW est la meilleure option, mais il faudra investir beaucoup plus d’énergie dans la conception de votre circuit imprimé.

Si cela était possible, j’aimerais avoir un copilote à mes côtés, quand je suis en train de séduire les femmes. Il me rappellerait de raconter mes histoires embarrassantes attachantes au lieu de celles qui sont juste embarrassantes. En tant que concepteur de circuits imprimés, vous aussi avez besoin d’un bon copilote, et j’entends par « copilote » un « co-logiciel ». CircuitStudio est exactement le logiciel qu'il vous faut. Il dispose d’une grande variété de fonctionnalités qui vous aideront à présenter la meilleure facette de votre travail.

Vous avez d’autres questions concernant les lignes de transmission ? Contactez un expert d’Altium.