Beim Vergleich von metallischem Hohlleiter und Mikrostreifen zählen Band und Verluste, Integration und Leistung sowie Herstellung und Prüfkosten unter gleichen Pfadbedingungen. Feste Werte von 0,05 dB/m und 0,5 dB/m gelten nicht für alle Größen und Materialien.
Struktur und Moden
Ein gewöhnlicher geschlossener metallischer Hohlleiter führt TE- oder TM-Moden oberhalb ihrer Grenzfrequenz. Für luftgefüllten WR-90 liegt die TE10-Grenze bei etwa 6,56 GHz, der übliche Nutzbereich bei 8,2–12,4 GHz.
Mikrostreifen besteht aus Leiter auf einem Substrat und gegenüberliegender Massefläche. Das Feld liegt teilweise im Dielektrikum und teilweise in Luft; die Grundausbreitung wird als quasi-TEM behandelt.
Mikrostreifen ist nicht auf MHz und niedrige GHz beschränkt. Geeignete Materialien, Maße und Übergänge ermöglichen Millimeterwellen, wobei Dispersion, Verluste und unerwünschte Moden zu prüfen sind.
1. Band und vollständige Verluste vergleichen
Beim Hohlleiter wirken unter anderem Leiterverluste der Wände, beim Mikrostreifen zusätzlich dielektrische Verluste. Rauheit, Leiterbreite, Dicke, Frequenz und benachbarte Strukturen beeinflussen das Ergebnis.
Flansche, Bögen, Fenster und Übergänge kommen zum Rohr hinzu. Auch auf der Platine müssen Launches und Steckverbinder einbezogen werden. Vergleichen Sie dieselben Bezugsebenen.
Für geringe Reflexionen kann ein erstes Budget Lgesamt ≈ αℓ + ΣLTeile nutzen. Eine angenommene Leitung mit 1 dB/m, 50 mm Länge und zusammen 0,20 dB Anschlussverlust ergibt 0,25 dB. Der Wert pro Meter allein erlaubt keinen Vergleich mit einem anders langen Pfad.
Bei deutlicher Reflexion sind komplexe S-Parameter oder eine Gesamtmessung erforderlich. Der übertragene Leistungsanteil folgt aus 10−L/10, nicht direkt aus dem dB-Zahlenwert.
2. Integration und Leistung abstimmen
Mikrostreifen lässt sich oft gut mit oberflächenmontierten Bauteilen verbinden. Offene Felder können jedoch koppeln oder abstrahlen. Layout und Schirmung gehören zur Auslegung; selbst ein naher Deckel kann die Impedanz ändern.
Hohlleiter ist in manchen Anwendungen bei Verlust und Leistung vorteilhaft. Grenzen entstehen durch Querschnitt, Fenster, Übergänge, Druck und Temperatur. Auf der Platine zählen Feld im Dielektrikum, Leitererwärmung und Wärmeabfuhr.
Mittlere und Spitzenleistung sind getrennt zu betrachten. Multipaktor im Vakuum hängt mit Sekundärelektronenemission und RF-Feldern zusammen und ist nicht einfach Überhitzung oder atmosphärischer Durchschlag. ECSS-E-ST-20-01C ist ein Referenzdokument für entsprechende Raumfahrt-RF-Auslegung und Prüfungen; die Anwendung erfordert den passenden Geltungsbereich.
Einordnung von SIW
Substrate Integrated Waveguide bildet mit Leiterflächen und Via-Reihen eine Wellenleiterstruktur im Substrat. Es ermöglicht planare Integration, ist aber nicht derselbe Querschnitt oder Modentyp wie normaler Mikrostreifen.
Ein üblicher SIW hat dielektrische und leitende Verluste sowie mögliche Leck- und Übergangsverluste. Seine Verluste sind nicht automatisch die eines luftgefüllten Metallrohrs. Via-Maße, Abstand und Band brauchen eine eigene Bewertung.
3. Fertigung und Gesamtkosten
Vergleichen Sie Laminat, Kupfer, Vias, Bearbeitung, Beschichtung, Verbindungen, Montage und Prüfung. Mikrostreifen ist nicht immer um einen festen Prozentsatz günstiger, Hohlleiter nicht immer die teuerste Lösung.
Die Oberflächenbehandlung muss elektrische Kontakte, Leitfähigkeit und Umwelt berücksichtigen. Eine Schutzschicht auf jeder Fläche ist nicht automatisch die verlustärmste Ausführung.
Stückzahl und Nacharbeit zählen ebenfalls. Ein billiges Grundmaterial kann zu höheren Gesamtkosten führen, wenn Verluste oder Streuung die Anforderungen verfehlen.
Messwerte am Prototyp
- Band, Moden und zulässige Reflexion.
- Gesamtlänge, Anschlüsse und Referenzebenen.
- Phase, Verzögerung, Temperatur und Wiederholbarkeit.
- Leistung, Wärme und Umweltbedingungen.
- Menge, Ausbeute, Montage und Prüfung.
Beginnen Sie mit den Mikrostreifen-Grundlagen und Hohlleitergleichungen und vergleichen Sie Modell und Messung am tatsächlichen Pfad.
