空气介质半同轴线的设计、制造与特性研究

半同轴传输线（SCTL）采用空气介电和表面微加工工艺制造，在Borofloat玻璃基板上实现铜导体结构，通过优化SU-8核心和半圆柱外屏蔽层降低介电损耗，有效相对介电常数1.88，实测衰减0.13-0.42dB/mm（30-97.5GHz），与HFSS仿真吻合，适用于V/W波段高频应用。

　　

摘要：

本文介绍了一种半同轴传输线（SCTL），该传输线以空气作为工作介质，并采用简单的表面微加工技术在非导电基板上制造。这种传输线设计适用于片上和片外应用，在100 GHz频率范围内表现出良好的性能。半同轴结构具有较低的损耗，其性能接近全空气介质直同轴线。中心导体由高度约为20 μm的SU-8核心支撑层、厚实的电镀半圆柱形外屏蔽层以及封闭的空气腔组成。由于SU-8材料本身的电场强度较低，这种设计即使在介电性能较差的SU-8中也能有效降低介质损耗，从而无需使用存在可靠性问题的悬空传输线。该半同轴传输线的特性阻抗为37–41 Ω，采用铜导体制造于Borofloat玻璃基板上。测量结果显示，在30 GHz时衰减常数为0.13 dB/mm，在97.5 GHz时衰减常数为0.42 dB/mm，有效相对介电常数为1.88。实验结果与高频结构仿真（HFSS）结果高度吻合，进一步证明了该SCTL的可靠性。该设计特别适用于V波段和W波段的应用，展现了其在先进高频应用中的潜力。

引言

传输线（TL）是微波电路的基本组成部分。随着6G、毫米波（mm-wave）和太赫兹（terahertz）应用的日益普及，这些频段对超宽带和低损耗传输线的需求日益增加，而传统的共面波导（CPW）在这些频段存在较大的损耗。损耗主要来源于导体损耗和介质损耗。导体损耗通常与频率的平方根成正比，可以通过增加信号线的表面积（例如增大宽度或加高侧壁）来降低[1]、[2]、[3]。在较高频率下，介质损耗是传统传输线损耗的主要来源，因为它与频率成正比[4]。