微带线的历史与构成
微带线作为目前应用最广泛的传输线之一，已经有70多年的历史了。它最早于1952年12月在美国ITT实验室的IRE会议上由Grieg和Engelmann首次发表，并展示给大家作为一种新型的印刷电路。当时，它的主要竞争对手是比它早两年问世的带状线，由R. Barrett在1950年代发明。带状线最初被称为Tri-plate，因为它由三层金属组成。外国人给这些名字起得总是很随意。
尽管带状线和微带线非常相似，但它们的起源却不同，按照发展关系来看，微带线比带状线要晚一代。微带线可以看作是平行双线的延伸，而平行双线可以说是最古老的微波传输线之一。平行双线将金属导线置于介质基板中间，保持原有的电磁场结构。将其中一根导线移开后，剩下的导线和金属导电平板构成了一种新的传输线——微带线，金属导线以条状形式覆盖在介质板的一侧，而另一侧为金属接地板。
而带状线可以看作是由同轴线发展而来。首先，将同轴线的外导体分成两部分，然后展开成平板，最后将内导体压扁成条状，形成了带状线。
同轴线的出现是为了解决平行双线的辐射损耗问题，可以看作是由平行双线演变而来。从这个角度来看，带状线和平行双线之间还有一个同轴线的关系。
观察带状线和微带线的电场分布，如果金属接地板足够大，带状线的电磁场仍然被封闭在两块导体板内，并且上下对称分布，保持TEM模（纯传输模式）的特性和稳定性。但是微带线在开放区域存在明显的电磁辐射，并具有明显的不对称电场分布。这种场结构的不对称性在微带线的初期引入了一些问题。它不仅会产生显著的辐射损耗，还会激发其他模式，使原有的工作模式受到影响，我们称之为准TEM模式。为了改善这些缺点，可以通过缩小微带线的横截面尺寸来减少不对称性，使介质基片的厚度和导体带宽远小于工作波长。然而，这样做又会引入更大的导体损耗。因此，在最初的一段时间里，微带线在与带状线的竞争中处于劣势，并没有得到广泛应用。
随着技术的发展，多层PCB（Printed Circuit Board）电路板的应用越来越广泛，微带线和带状线最终融合在了同一个电路板上。
带状线和微带线的出现将微波传输线引入了平面时代，并广泛应用于印刷电路板工艺中，为今天的无线时代奠定了基础。
构成微带线的主要组成部分包括金属带条、介质基板和接地板。其中，介质基板是最关键的要素之一。
对于介质基板的选择，有以下几个重要要求：
较高的介电常数，以满足电路小型化的需求。
低损耗，即较小的损耗角正切（tan δ），其值越小越好。
稳定的介电常数，在给定的频率范围和温度范围内保持稳定。
高击穿强度，以确保微带线能够传输更大的功率。
高导热性，以便有效传输热能。
此外，介质基板还需要具备良好的金属附着性，以便于印刷金属层的制作。
另一个重要组成部分是金属带条。金属带条不仅需要具备良好的导电性，还需要与介质基板有较好的附着力，以确保微带线结构的稳固性。常用的导电金属材料如银、铜和金具有良好的导电性，但附着力较差；而钼、铬和钽等材料则具备较好的附着性但导电性较差。
在微带线的制作过程中，通常先在介质基板上蒸镀一层附着力良好的金属，其厚度要远小于微带线工作频率对应的趋肤深度，通常只有几十到几百埃厚度。随后再附着一层导电性良好的金属。这样电磁波可以穿透薄金属层，使大部分能量分布在导电性良好的金属上，从而减小对微带线损耗的影响。
对于微带线阻抗的计算，现有的软件提供了方便的工具，例如AWR的Txline模块。感兴趣的同学也可以通过下面的公式在Excel等软件中进行计算：
[ Z_0 = \frac{60}{\sqrt{\epsilon_{\text{eff}}}} \cdot \ln\left(\frac{8h}{w} + \frac{w}{4h}\right) ]
其中，( Z_0 )为微带线的特征阻抗，( \epsilon_{\text{eff}} )为有效介电常数，( h )为介质基板厚度，( w )为金属带条的宽度。
通过以上计算公式，您可以得到微带线的阻抗值，并根据设计需求进行调整。
微带线的损耗在射频设计中扮演着重要的角色，因为对于宝贵的射频信号而言，损耗越小越好。与常用的波导和同轴线相比，微带线的损耗要大得多，因此在电路设计中特别需要重视微带线的损耗问题。通常，微带线的损耗包括三个方面：导体损耗、介质损耗和辐射损耗。
导体损耗是微带线的主要损耗部分，由导体带条和接地金属板引起。由于金属导体具有有限的导电率，电流通过时会产生电阻损耗。
介质损耗是电磁波通过介质材料时产生的损耗，这是由于介质分子交替极化和晶格碰撞引起的热能损耗。介质损耗通常用损耗角正切（tan δ）来表示，较小的损耗角正切意味着较低的介质损耗。
辐射损耗是由于微带线的场分布是半开放的，导致部分能量辐射出去。通过减小微带线的横截面，可以降低辐射损耗。然而，在微带线的不连续点，辐射会更加显著。为了减小辐射损耗和对其他电路的干扰，通常在微带电路上添加金属屏蔽罩。
除了上述三种常见的损耗，还有一种称为磁损耗的情况。当设计人员使用铁氧体或石榴石等磁性材料作为介质材料时，可能会发生磁损耗。这些材料会导致磁损耗在材料自然谐振频率附近增加。磁损耗角正切和特性阻抗会在谐振频率处迅速增加，进而增加导体损耗。导体损耗取决于特性阻抗，随着谐振频率下特性阻抗的增加，导体损耗也随之增加。
对于不同厚度的氧化铝基板，介质损耗几乎保持不变，但是厚度越薄，金属损耗就越大。这是因为在相同的阻抗条件下，较薄的介质基板会导致微带线导体带条变窄，电流分布更加集中，从而导致较大的导体损耗。
石英材料作为介质基板具有更低的损耗。这主要是因为石英基板的损耗角正切更小（仅为0.0001），并且具有较低的介电常数。此外，微带线导体带条的宽度也较大，从而减小了金属损耗。
通过考虑以上各种损耗因素，我们可以在设计过程中选择合适的材料和尺寸，以尽量降低微带线的损耗，提高电路性能。
