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    各種の高周波伝送ラインの長所と短所

    October 9, 2017

    オンラインのデートは危険です
     

     

    デートというのは面倒なものです。私は、相手かまわずデートしたり、とにかく早くデートしようとする試みに失敗した後で、オンラインのデートを試すことにしました。年齢の合う魅力的な女性を見つけ、デートの準備をしましたが、約束の場所に到着したとき、騙されていたことに気付きました。相手は写真とはまったく違う人だったのです。言うまでもなく、デートは失敗しました。それ以来、機会に飛びつく前に、デートとオンラインの出会い系サイトについてもう少し詳しく調査することにしました。オンラインのデートサイトとその所有者の複雑さついて詳しく調査したくなるかもしれませんが、その時間はほどほどにして、私たちにとって最も重要な相手であるPCBにも時間を振り分けるようにしましょう。近い将来において設計者に特に重要になると思われるのは、高周波伝送線路(TL)です。従来は、伝送線路の複雑な問題は、最新の回路を設計する人々に任せておけば十分でした。しかし現在では、ごく普通のエンジニアも、高周波アプリケーション用の基板を設計するようになっています。高周波アプリケーションはますます一般的になりつつあり、この傾向はますます強まるでしょう。私はデートについては詳しくありませんが、最も一般的な3つのTLである、マイクロストリップ、ストリップライン、共平面形線路(CPW)の基礎と応用について解説しましょう。

    マイクロストリップ

    マイクロストリップは最も基本的なTLで、言うなればありきたりの「夕暮れの浜辺を散歩しよう」というような提案です。この種のTLは一般に、基板の上に銅のストリップを1つ以上配置し、その下にGNDプレーンを設ける構造です。この方式は、オンラインデートのプロフィールのように非常に製造が簡単です。また、設計やモデルも簡単に行えます。デートの関係も、高周波電磁波伝送と同じくらい予測しやすければ問題はないのですが。

    マイクロストリップの電磁(EM)放射パターンから、電場のほとんどは基板に封じ込められることが分かります。同時に、わずかな部分がストリップの上へ放射されます。マイクロストリップのオープンな上部から放射される部分は、伝送における放射損失となります。

    オンラインデートが一般的なのは、他の人たちと無線でつながることができるためです。マイクロストリップが一般的なのも同様の理由からで、このためにパッチアンテナに使用されます。比誘電率(Dk)が低く、比較的厚い基板と組み合わせると、優れたアンテナを実現できます。ただし、RF周波数帯からマイクロ波へ、さらにそれより短い波長へ移行すると、TLの有用性は減少します。マイクロストリップは、周波数が高くなるほど基板のDkをエミュレートするようになり、損失が非常に大きくなります。

    比較的低い周波数を使用し、面倒な問題なしに使用できる導体を希望する場合、マイクロストリップが理想的なTLです。

     

     

    伝送線路

    伝送線路といっても、このようなものは設計で使用できません。

     

     

    ストリップライン

    多くの出会い系サイトでは、過去に火事に遭ったので防護壁の影に隠れているような人々が見つかります。ストリップラインはこれと似たようなもので、マイクロストリップが2つのGNDプレーンの間に隠されています。技術的には、この周囲の材質は導体を覆っているので「基板」ではありませんが、ここでは基板と呼ぶことにします。このTLはマイクロストリップよりも多少製造が難しくなりますが、それほど問題が多いわけではありません。このストリップラインを基板ではなくGNDプレーン間の中空に保持すると決定した場合は、さらに問題が多くなります。

    ストリップラインの電界は、上部と下部のGNDプレーンによって、完全に基板に封じ込められます。これは基本的に、同軸ケーブルの見た目を変えただけのものです。特に、ラインの両側にGNDビアを追加した場合、その性質が強くなります。GNDビアの利点は、2つのGNDプレーン間に電位差が発生し得ないことです。また、これによって信号を完全に封じ込めることができます。導体のすべての側が基板に囲まれている場合、実効上のDkは材質のDkそのものです。導体をいくつかの材質の中に部分的または完全に保持した場合、自分で計算を行う必要があります。

    私は、自分の生活に他人が首を突っ込んでくることをあまり好みません。あなたも同様に自分を重視する人間なら、信号を干渉から防ぐためにストリップラインが役立ちます。上部と下部のGNDプレーンにより信号が完全に封じ込められ、不要な信号も締め出されます。ストリップラインでの主な損失の原因は、絶縁体の損失特性、磁界共鳴、およびライン自体の導電性です。これらに加えて、信号を基板からどのようにして取り出すかにも注意する必要があります。ビアを使用する必要がありますが、従来型のビアでは反射や干渉が発生する可能性があります。ストリップラインを他のレイヤーへ接続するには、マイクロビアの使用をお勧めします。

    ストリップラインは高周波での性能に優れていますが、最良のものではありません。

     

     

    画面越しの愛情

    この情報が役に立ったらお礼に投げキスしてください……画面越しでいいですからね。

     

     

    共平面形線路

    自分にとって最も理想的な誰かが、非常に複雑な人でもあった……そんな経験はありますか? 残念ながら、高周波向けの最高のTLは、同時に最も複雑でもあります。共平面形線路100GHz以上でも高周波の特性が非常に優れています。問題は、製造が難しく、モデル化も面倒なことです。

    共平面形線路の放射パターンは非常に興味深いものです。フィールドは基本的に、2つの側のGNDプレーン内に封じ込められます。この結果、オープンな上部のマイクロストリップよりも放射損失は低くなります。CPWは他の種類のラインよりも、特に接地されている場合には、低いDkを実現できます。CPWの下にGNDプレーンを追加すると、マイクロストリップの場合よりも多くの電界ラインが、導体の上の空中に抑えつけられます。これによってラインの実効上のDkが低下し、損失が減少します。CPWにおける主要な損失は導体と基板における損失で、これらは良質な材質の使用により制限できます。

    CPWはその形状によりクロストークが制限されるため、高密度の回路に最適です。さらに、GNDプレーンの不連続性に対する抵抗を持つという利点もあります。これらの理由から、高密度で高周波の回路を使用するときはCPWが優れた選択肢です。

    ここまで、伝送線路における3つの主な選択肢の特徴について解説してきました。恋愛関係においてはもっと別の選択肢があると思います。恋愛に縁がなければ、仕事に集中し、目的に最適なTLを使用して基板を設計することにしましょう。マイクロストリップは通常のPCBには適していますが、特別な基板を設計するには別の方法を選択する必要があります。ストリップラインは高周波で優れた特性を持ち、他の信号による干渉への耐性があります。ただし、製造が難しくなり、基板の他の部分と接続するためにビアが必要です。CPWは最良の方式ですが、PCBの設計に多くの労力が必要になります。

    可能なら、外で女性を感銘させようとするときは、私のために助言してくれる誰かを連れて行きたいものです。そうすれば、ただの恥ずかしい話はせず、恥かしくても相手の興味を引くような話をするように助言してくれるでしょう。PCB設計者にも、そのような良い助言が必要です。そしてこの場合の「助言」を行ってくれるのは人よりもソフトウェアです。CircuitStudioは、まさにそのような種類のソフトウェアです。広範な機能を持ち、最高の設計を実現するために役立ちます。

    伝送線路についてのご質問は、Altiumの専門家までお問い合わせください。

     
     
     
     
     
     

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