Les lignes de transmission planaires sont utilisées pour transporter une variété de signaux analogiques, RF et numériques sur des substrats planaires isolants, allant de quelques kilohertz à des centaines de gigahertz. Elles sont constituées d’une ou plusieurs couches de pistes conductrices, éventuellement avec des structures conductrices adjacentes, les couches diélectriques assurant l’isolation entre les structures conductrices. Les lignes de transmission planaires sont couramment fabriquées à l’aide de circuits imprimés mono ou multicouches, de céramique co-frittée à basse ou haute température (LTCC et HTCC) et de technologies de fabrication de semi-conducteurs. Dans le cas des lignes de transmission planaires sur PCB, des connecteurs coaxiaux de lancement RF sont souvent utilisés pour interfacer la ligne de transmission au niveau de la carte avec des ports connecteurisés coaxiaux.
Quels sont les types courants de lignes de transmission planaires ?
Il existe plusieurs types courants de lignes de transmission planaires : stripline, stripline suspendue, microstrip, guide d’onde coplanaire, slotline et imageline, chacun ayant également des variantes. Chaque type de ligne de transmission planaire présente différents modes de transmission dominants, une fréquence maximale, une gamme d’impédance caractéristique et un facteur Q à vide.
Types de lignes de transmission planaires :
- Stripline : Un conducteur en forme de bande intégré dans un substrat diélectrique et pris en sandwich entre deux plans de masse.
- Stripline suspendue : Une stripline qui est suspendue dans l'air entre les plans de masse, avec des espaces d'air au-dessus et en dessous de la bande.
- Microstrip : Un conducteur en forme de bande sur le dessus d'un substrat diélectrique avec un plan de masse en dessous du substrat.
- Guide d'onde coplanaire : un conducteur en forme de bande avec deux plans de masse parallèles et de chaque côté de la bande sur le même substrat diélectrique.
- Slotline : une fente séparant deux traces métalliques sur le même plan du substrat diélectrique.
- Finline : Une slotline qui est tournée de +/- 90 degrés insérée dans le plan E d'un guide d'onde métallique rectangulaire.
- Imageline : Un guide d'onde à dalle diélectrique avec une bande de diélectrique sur un plan métallisé.
Différences entre les types de lignes de transmission planaires
Typiquement, les traces extérieures, supérieures ou inférieures d’une ligne de transmission planaire sont mises à la terre, la trace intérieure servant de trace de signal. Ces structures physiques permettent le développement de modes de ligne de transmission, à savoir électromagnétique transversal (TEM), électrique transversal (TE), magnétique transversal ™, quasi-TEM, électrique de section longitudinale (LSE) et magnétique de section longitudinale (LSM), en fonction de la configuration de la ligne de transmission planaire.
Le comportement électrique d’une ligne de transmission planaire dépend de la manière dont les lignes de champ sont réparties dans l’air et le substrat (diélectriques) et de la manière dont les lignes de champ sont couplées aux traces de signal et de masse ou à la métallisation.
Modes dominants des lignes de transmission planaires :
- Stripline :TEM
- Stripline suspendue : TEM, quasi-TEM
- Microstrip : Quasi-TEM
- Guide d'onde coplanaire : Quasi-TEM
- Slotline : Quasi-TE
- Finline : LSE, LSM
- Imageline : TE, TM
Variations des lignes de transmission planaires :
Les lignes de transmission planaires avec des lignes de champ « lâches » peuvent également se coupler avec des structures conductrices proches sur un substrat ou toute structure ou boîtier conducteur à proximité. Cela peut entraîner des modes parasites supplémentaires et indésirables dans les lignes de transmission planaires. Par conséquent, il existe des types et des variantes de lignes de transmission planaires qui utilisent des structures de mise à la terre étroitement couplées à proximité, ou même entièrement entourant, les traces de signal.
Bien que ces lignes de transmission étroitement couplées tendent à présenter des pertes de conducteur plus élevées, elles présentent des pertes de rayonnement plus faibles, une meilleure suppression des modes parasites et éventuellement des performances en fréquence plus élevées. Le compromis pour un meilleur blindage/mise à la terre est le coût supplémentaire, le poids et une possible augmentation de la sensibilité des performances aux tolérances de fabrication du substrat et de la métallisation.
Il existe également des complexités variables associées à la fabrication de chaque type de ligne de transmission et de leurs variantes. Par exemple, les lignes de transmission planaires avec seulement des traces de surface sur une seule couche, telles que les guides d’onde coplanaires standard ou les slotlines, peuvent être moins coûteuses et plus faciles à fabriquer que les microstriplines qui nécessitent deux couches de métal ou des guides d’onde coplanaires mis à la terre avec des vias métallisés reliant les traces de masse de surface à la couche de masse inférieure.
Variantes courantes de Stripline :
- Stripline suspendue
- Stripline suspendue bilatérale
- Stripline à deux conducteurs
Différence entre les lignes de transmission planaires Stripline et Microstripline (Microstrip) :
Une ligne de transmission planaire stripline est un chemin de signal conducteur pris en sandwich entre deux couches diélectriques qui sont ensuite prises en sandwich entre deux couches conductrices. Une microstripline, ou microstrip, est comme une stripline avec la couche diélectrique et conductrice supérieure retirée. De cette manière, les lignes de transmission planaires microstrip peuvent être fabriquées à la surface des PCB ou d’autres technologies de circuits planaires. Cependant, les striplines sont nécessairement enterrées sous une couche de diélectrique et de conducteur, ce qui nécessite une étape de fabrication de couche secondaire ou un processus de fabrication de carte de circuit multicouche. Comme les lignes de champ d’une stripline sont entièrement contenues dans des structures conductrices, les striplines présentent une véritable opération de ligne de transmission en mode TEM. Comme les lignes de transmission planaires microstrip ont des lignes de champ ouvertes en haut du microstrip, ces lignes de transmission planaires présentent une transmission en mode quasi-TEM et des pertes de rayonnement accrues par rapport aux striplines.
De plus, tout matériel placé suffisamment près du conducteur d’une ligne microstrip changera le comportement du microstrip, ce qui nécessite une certaine prudence lors de l’assemblage et de l’emballage pour assurer un espacement adéquat entre un microstrip et les structures voisines. Bien que plus coûteuses et complexes à fabriquer, les striplines ont tendance à présenter de meilleures caractéristiques de transmission, en particulier pour les signaux RF de très haute fréquence ou les signaux numériques à grande vitesse. De plus, les lignes de transmission microstrip ont moins de blindage intrinsèque contre les interférences extérieures, et les pistes microstrip peuvent également agir involontairement comme des antennes.
Les microstrips sont généralement moins complexes à concevoir et à fabriquer et nécessitent moins de couches de carte, ce qui pourrait être avantageux si une application est fortement contrainte en espace ou limitée dans le nombre de couches de carte qui peuvent être utilisées. Selon l’emplacement d’une stripline et la complexité du circuit, ces lignes de transmission planaires peuvent également nécessiter des vias aveugles, des vias enterrés ou les deux. Cela est moins probable avec une ligne de transmission microstrip, car elles sont généralement situées à la surface d’un circuit.
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