毫米波（mmWave）頻率段能夠為很多應(yīng)用供給大帶寬。為了充分利用帶寬優(yōu)勢，現(xiàn)時主流射頻電路的辦公頻率要比傳統(tǒng)無線通信的辦公頻率高得多，況且頻率范圍大部分集中在24至77GHz范圍，甚至于更高。典型應(yīng)用領(lǐng)域從“5G蜂窩無線通信網(wǎng)絡(luò)”到“高級操縱匡助系統(tǒng)中的防撞雷達(dá)（ADAS）”。這些個頻率以前一度是軍方專用，那時毫米波電路的開發(fā)成本和開發(fā)困難程度均讓人民生活所使用的領(lǐng)域望而停步。但隨著材料、電路等領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)的打破，成千累萬的毫米波應(yīng)用如雨后春天的竹筍般在77GHz交通工具雷達(dá)系統(tǒng)中普及，這些個雷達(dá)和半自動操縱技術(shù)要得道路遠(yuǎn)門更加安全。為保障毫米波雷達(dá)系統(tǒng)的最優(yōu)辦公狀況，怎么樣挑選最適應(yīng)的印刷電路板（PCB）材料就變成毫米波電路預(yù)設(shè)過程中最關(guān)鍵的一個步驟。

對于大部分?jǐn)?shù)射頻電路工程師來說，辦公于毫米波頻率下的電路存在非常多的不確認(rèn)因素，首先面對的一個困難的問題就是怎么樣挑選適應(yīng)的PCB線路板料料。不過，假如能充分理解各種線路板料料的指標(biāo)參變量，況且曉得這些個參變量會對毫米波電路萌生哪一些影響，那末就可以輕而易舉地尋覓出適應(yīng)77GHz（或其他毫米波頻率）的線路層壓板。簡而言之，材料性能的完全一樣性比啥子都關(guān)緊。能夠在各種溫度、各種辦公背景中不受時間影響，況且能長時間維持性能牢穩(wěn)的低傷耗、高性能線路板料料，就是預(yù)設(shè)毫米波電路的最佳材料。

預(yù)設(shè)毫米波頻率下的PCB傳道輸送線，不管是微帶線、帶狀線仍然接地共面波導(dǎo)（GCPW），其尺寸和特別的性質(zhì)都務(wù)必曲直常精準(zhǔn)的。信號的波長隨著頻率的增加而減小，因為這個頻率越高，對傳道輸送線的精密度要求也就越高。毫米波頻率下傳道輸送線的性能，將遭受線路板料料性能的限止，假如PCB線路板料料上各個地區(qū)范圍的性能沒有辦法保障完全一樣性，那末便會造成其加工出來的傳道輸送線顯露出來信號傷耗、相位偏移、廣泛散布延緩等好些個問題。對于那一些對時序和信號相位非常敏銳的雷達(dá)系統(tǒng)，延緩和相位失真會減低系統(tǒng)的最后性能。經(jīng)過更周密地理解線路板料料的指標(biāo)參變量會對毫米波電路萌生啥子樣的影響，就可以更加便捷地挑選適應(yīng)各種不一樣類型毫米波電路（涵蓋77GHz交通工具雷達(dá)系統(tǒng)和第五代（5G）蜂窩無線通信系統(tǒng)）的PCB材料。　

在用篩子選滿意電路預(yù)設(shè)要求的線路板料料時，工程師通例會先思索問題自個兒比較知道得清楚的材料參變量，如介電常數(shù)（Dk）和耗散因數(shù)（Df）等。那里面，Dk是用于表征線路板料料電磁（EM）電荷儲存有經(jīng)驗的指標(biāo)，而Df是用于表征線路板料料能+羭縷傷耗的指標(biāo)。相對于其外表的金屬導(dǎo)體來說，PCB的電媒介材料可以覺得是絕緣體。況且電磁信號會沿著導(dǎo)體廣泛散布，同時局部信號會進(jìn)入了媒介材料中，另一小批信號會向四周圍空間輻射。對于外表覆銅的線路板料料，較低的Dk值可以成功實現(xiàn)信號的較快廣泛散布，同時信號也具備最低的延緩和最小的相位變動，這些個特別的性質(zhì)對毫米波電路來說是十分關(guān)緊的。

Dk值一般用線路板料料的厚度方向或z軸方向的勘測值來表征。其數(shù)字依據(jù)IPC等團(tuán)體制定的，況且被行業(yè)公認(rèn)許可的標(biāo)準(zhǔn)來確認(rèn)，通例會在某一個確認(rèn)的頻率（例如10 GHz）下來描寫它。隨著頻率或溫度的變動，每種電路材料的Dk，ΔDk都會有一定程度的變動，這些個變動都會對電路的性能萌生影響。

Dk值一般與線路板媒介層材料的成分（如PTFE）相關(guān)。不過，表決線路板性能的Dk值是一個復(fù)合值，它由媒介材料中運(yùn)用的填料（如玻璃纖維加強(qiáng)材料）、材料厚度、甚至于銅導(dǎo)體的品質(zhì)等多個因素并肩確認(rèn)。為了便捷電路預(yù)設(shè)和計算機(jī)仿真建模，Dk的實際值要比其標(biāo)稱Dk夜里值班關(guān)緊，由于實際Dk值不惟表決了線路板上電路的尺寸，還會影響這些個電路的性能，它一般被稱為“電路感知Dk值”或羅杰斯企業(yè)稱之為“預(yù)設(shè)Dk值”。

電介對質(zhì)Dk的影響

在預(yù)設(shè)適應(yīng)于毫米波電路（例如77GHz交通工具防撞雷達(dá)）的線路板料料時，Dk是很多需求思索問題的參變量之一，Dk的變動應(yīng)最大有可能地扼制在靠近其標(biāo)稱值的范圍內(nèi)。額外，能影響毫米波電路性能的其他材料參變量還涵蓋：Df、材料厚度、銅導(dǎo)健康水平量、吸濕性以及玻璃纖維加強(qiáng)引動的“玻璃編制”效應(yīng)。再次需求說的是，完全一樣性是必必需的，特別是在毫米波頻率下，這些個參變量的猛烈變動也會影響毫米波頻率下的電路性能。

這些個不一樣的電路參變量都會影響線路板料料的“預(yù)設(shè)Dk”值。為了保證對Dk的描寫清楚且無多種意思，這處的“管用Dk”是指信號在廣泛散布過程中萌生的總Dk值。對于微帶線來說“管用Dk”是指媒介中的Dk以及媒介四周圍空氣中的Dk并肩效用下的復(fù)合值?！邦A(yù)設(shè)Dk”是在“管用Dk”基礎(chǔ)上只思索問題材料本身的Dk值，即消弭了四周圍的空氣對Dk的影響在這以后獲得的值。

運(yùn)用羅杰斯企業(yè)厚度為5mil，外表銅箔為電解（ED）銅的RO3003線路板料料加工而成的微帶線，在77GHz頻率下測試獲得其“管用Dk”（涵蓋空氣影響）值為2.54，其“預(yù)設(shè)Dk”值為3.16。相比較幾個不一樣的Dk值，可以看見，原材料在厚度方向或z軸方上進(jìn)的Dk值為3.00，這個值是在沒有電路因素影響的事情狀況下，直接對原材料認(rèn)為合適而使用標(biāo)準(zhǔn)化測試獲得的值?！霸牧螪k”代表了材料的特別的性質(zhì)，是媒介材料的本來就有Dk。不過，“管用Dk”和“預(yù)設(shè)Dk”是用于表征電路性質(zhì)的Dk。

例如，材料的“預(yù)設(shè)Dk”（以電路方式測試獲得的材料Dk）會隨材料厚度的變動而變動?！邦A(yù)設(shè)Dk”隨材料厚度變動的同時，一般還會受辦公頻率的影響，Dk隨頻率增加會減低。因為這個，對于電路預(yù)設(shè)工程師來說，在利用計算機(jī)仿真軟件預(yù)設(shè)毫米波傳道輸送線時，Dk的這些個變動會帶來一定的阻抗誤差。

假如微帶電路認(rèn)為合適而使用了比較薄的線路層壓板，那末頂層的信號導(dǎo)面子和底層的接地面之間的距離定然會細(xì)小。相對于媒介原材料的Dk，線路層壓板越薄，用其加工出來的電路就越容易遭受導(dǎo)體層的影響，在這種事情狀況下，“管用Dk”和“預(yù)設(shè)Dk”值受導(dǎo)體層的影響更大。對于較薄基板上的傳道輸送線“預(yù)設(shè)Dk”值增加，其電容增加，同時阻抗會減低；與之相反，對于較厚的基板上的傳道輸送線“預(yù)設(shè)Dk”值減小，電容減小同時阻抗會增加。額外，運(yùn)用較寬的傳道輸送線也可以間接達(dá)到增加電容的目標(biāo)，但這會增加PCB上導(dǎo)體的平面或物體表面的大小。

對于很多高頻應(yīng)用，涵蓋77GHz雷達(dá)，傳道輸送線的阻抗在各個位置均要維持完全一樣，這么能力盡有可能地減損信號反射。假如傳道輸送線離開正道了50Ω特點標(biāo)志阻抗，便會造成信號顯露出來反射、傷耗和相移。對于給定的Dk變動范圍，這些個偏移在毫米波頻率下對相位萌生的影響要比低頻頻率大得多，況且會變成毫米波頻率下雷達(dá)性能減退的主要端由。

毫米波電路通例會運(yùn)用比較薄的PCB材料，并且大部分?jǐn)?shù)事情狀況下是同時里面含有摹擬電路、數(shù)碼電路和電源的多層電路。對于相同型號的材料，隨著厚度增加“管用Dk”和“預(yù)設(shè)Dk”的值將會減小。以羅杰斯企業(yè)的RO4350B?線路板料料為例，頻率為8-40GHz時，在6.6mil厚度下，材料厚度方向或z軸方向的Dk均勻值為3.96；但在30mil厚度下，“預(yù)設(shè)Dk”值降為3.68（如圖1所示）。可以看見，隨著厚度的增加“預(yù)設(shè)Dk”會減??；當(dāng)材料厚度達(dá)到60mil時，“預(yù)設(shè)Dk”值會減低至3.66。當(dāng)然，“預(yù)設(shè)Dk”也不會由于厚度連續(xù)不斷增加而無限減低，當(dāng)厚度增加到一定程度時Dk值會趨于牢穩(wěn)，這會兒的“管用Dk”和“預(yù)設(shè)Dk”主要由線路板中的媒介材料來表決，外表導(dǎo)體對Dk的影響隨著材料厚度的增加可以疏忽不計較。

圖1、不一樣厚度和銅導(dǎo)體光潔度對介電常數(shù)的影響

為了進(jìn)一步解釋明白材料厚度對電路預(yù)設(shè)的影響，認(rèn)為合適而使用另一種線路板料料施行一樣的實驗。挑選羅杰斯企業(yè)的RO3003線路板料料，作別認(rèn)為合適而使用5mil，10mil和20mil三個不一樣的厚度，材料具備相同類型外表銅箔（?英兩的ED銅），基于50Ω微帶傳道輸送線的差分相位法，施行“預(yù)設(shè)Dk”值的測試。在50GHz頻率范圍內(nèi)，測試最后結(jié)果表明，“預(yù)設(shè)Dk”會隨線路板厚度變動而變動（具體如圖2所示）。

圖2、以RO3003層壓板為例，材料厚度對預(yù)設(shè)Dk值的影響

銅箔對Dk的影響

線路板料料的全部組成元素都會影響“預(yù)設(shè)Dk”，所以要各個方面思索問題全部構(gòu)成線路板元素的指標(biāo)參變量。例如：銅導(dǎo)體的品質(zhì)有可能會影響電路在毫米波頻率下的性能。高品質(zhì)的銅導(dǎo)體可以為傳道輸送線供給高導(dǎo)電性和高完全一樣性的阻抗，這些個特別的性質(zhì)是保證信號在毫米波頻率下保持相位牢穩(wěn)的關(guān)鍵因素，例如應(yīng)用在77GHz交通工具雷達(dá)中。

線路板料料的銅箔外表光潔度會在一定程度上影響毫米波電路的性能。經(jīng)過外表不細(xì)膩銅箔加工出來的傳道輸送線，其外表電磁波的廣泛散布速度要慢于認(rèn)為合適而使用同類型銅箔但外表更光溜的傳道輸送線。這處所說的的銅外表光潔度是指：在基板與銅箔接觸的這個最簡單的面上銅的光潔度。較慢的電磁波廣泛散布速度等效于線路板料料具備較高的Dk。

為了進(jìn)一步解釋明白銅箔外表光潔度的差別是怎么樣影響毫米波電路性能的，將4mil厚的液態(tài)晶體聚合物（LCP）作為電媒介，與不一樣的銅導(dǎo)體組拼湊。銅導(dǎo)體由不一樣類型的ED銅組成，每種ED銅具備不一樣的外表光潔度。外表光潔度認(rèn)為合適而使用均方根（RMS）值來權(quán)衡，組合的銅導(dǎo)體RMS值作別為0.5、0.7、1.5和3.0μm。

為了評估不一樣銅導(dǎo)體對材料Dk的影響，在上面所說的四種不一樣光潔度的LCP基板上加工出50Ω微帶傳道輸送線，運(yùn)用微波/毫米波向量網(wǎng)絡(luò)剖析儀（VNA），在8到50GHz頻帶內(nèi)施行測試。最后結(jié)果表明“管用Dk”值會依據(jù)銅導(dǎo)體的類型而變動，但各自在整個兒頻率范圍內(nèi)幾乎維持永恒固定（如圖3所示）。

圖3、線路板料料的管用Dk隨著銅導(dǎo)體類型及外表光潔度而變動

正如勘測最后結(jié)果所示，運(yùn)用不一樣類型銅導(dǎo)體的相同PCB材料會萌生不一樣的“管用Dk”值。在認(rèn)為合適而使用絕對相同的媒介材料事情狀況下，運(yùn)用不細(xì)膩銅箔外表材料的電路比光溜銅箔外表電路具備更高的“管用Dk”值。并且可以看見，具備更白領(lǐng)用Dk電路的“慢波效益”在更高頻率下影響會更大一點。

額外，銅箔外表光潔度也會影響導(dǎo)體傷耗，尤其是在毫米波頻率下，不細(xì)膩的銅導(dǎo)體外表會造成更高的導(dǎo)體傷耗。為了證驗這個論斷，用一樣5mil厚的RO3003層壓板，作別認(rèn)為合適而使用ED銅和壓延銅施行測試，那里面ED銅的RMS外表光潔度為2.0μm，而壓延銅的RMS外表光潔度為0.35μm。

實驗勘測了50Ω微帶傳道輸送線從直流到110GHz的插進(jìn)去傷耗，用于比較不一樣銅導(dǎo)體的傷耗特別的性質(zhì)。銅外表光潔度（增加）對導(dǎo)體傷耗、插進(jìn)去傷耗的影響是顯而易見的（如圖4所示）。線路板料料的厚度也會對銅外表不細(xì)膩導(dǎo)致的傷耗萌生影響，材料越薄受銅箔不細(xì)膩的影響就越大。

圖4、不一樣的銅導(dǎo)體類型會影響電路的傷耗性能

怎么樣維持Dk牢穩(wěn)

辦公于77GHz的車載雷達(dá)能夠檢驗測定到反射信號相位的細(xì)微差別，線路板料料“預(yù)設(shè)Dk”的不論什么變動都會影響到相位狀況，因此減低系統(tǒng)的探量觀測精密度。理想事情狀況是期望線路板料料的Dk值在不論什么條件下都不要變樣。但實際事情狀況是材料的“預(yù)設(shè)Dk”會隨頻率、溫度、厚度等多種因素的影響而發(fā)生變更。只有將本征電路材料Dk值的最大公差扼制在±0.05的范圍內(nèi)，能力保障相位的撩動不會對系統(tǒng)的高精密度和高靠得住性萌生影響。

為了監(jiān)視檢測線路板料料Dk隨溫度變動的事情狀況，定義介電常數(shù)溫度系數(shù)（TCDk）為：一定溫度范圍內(nèi)、溫度每升高1℃時介電常數(shù)的相對均勻變動率。這個參變量對辦公在溫度差較大的應(yīng)用（例如77 GHz雷達(dá)）來說十分關(guān)緊。不論什么應(yīng)用于毫米波電路的線路板料料，都應(yīng)當(dāng)具備較低的TCDk值，這么能力極致地減小因Dk變動給電路性能（如相移）帶來的影響。

一點基于PTFE天然樹脂整體體系的線路板料料，在室溫（25°C左右）背景中，其Dk值會因溫度變動而發(fā)生陡變。對于大部分?jǐn)?shù)應(yīng)用來說，TCDk能扼制在0±25ppm/°C的范圍內(nèi)就覺得是比較適應(yīng)的。以RO3003線路板料料來舉例，當(dāng)溫度從-50變動到150°C時，其10GHz頻率下z軸方向的TCDk僅為-3ppm /°C。TCDk越小也就意味著Dk隨溫度的變動也越?。ㄈ鐖D5所示），這對于毫米波頻率應(yīng)用，以及那一些需求在較大溫度范圍內(nèi)維持性能牢穩(wěn)的電路來說至關(guān)關(guān)緊。

圖5、線路板料料隨溫度變動會造成預(yù)設(shè)Dk和相角的變動

在毫米波頻率下，線路板料料的其他材料參變量，如：媒介傷耗（Df）、吸濕率、玻璃編制效應(yīng)等恣意一個參變量都會影響材料的“預(yù)設(shè)Dk”值。與Dk同樣，材料的Df也會受溫度的影響，將其定義為：傷耗因數(shù)熱牢穩(wěn)系數(shù)（TCDf），顧名思義它也會隨著溫度的變動對電路預(yù)設(shè)萌生影響。而吸濕率是指線路板料料借鑒外界水份的總重量，它以百分率為單位來權(quán)衡。在較高的頻率下該值越小越好，其典型值在0.1百分之百至0.2百分之百之間。羅杰斯RO3003層壓板的吸濕率為0.04百分之百。

因為毫米波頻率的波長細(xì)小，對于某些認(rèn)為合適而使用玻璃纖維增強(qiáng)的特別PCB板料，其萌生的“玻璃編制效應(yīng)”也會對電路性能導(dǎo)致影響，這些個影響與玻璃纖維在線路板媒介中的散布形式相關(guān)。玻璃纖維布有兩種常見的編制形式，一種是“交織開放式編制”，這種編制形式玻璃纖維束之間會存在一點縫子；另一種是“平均開纖式編制”，玻璃纖維束扁平且半中腰沒有窟窿眼兒。玻璃纖維被補(bǔ)充到整個兒材料中，其補(bǔ)充形式也有兩種，一種是“平均補(bǔ)充”，這種事情狀況x軸和y軸上的玻璃纖維疏密程度是相同的；另一種是“非平均補(bǔ)充”，玻璃纖維在這兩個軸上具備不一樣的疏密程度。對于認(rèn)為合適而使用”交織方式編制”的玻璃纖維布，在沒有玻璃纖維的縫子地區(qū)范圍其Dk值較低，兩束玻璃纖維交錯形成的疊加地區(qū)范圍其Dk值無上。當(dāng)信號波長小到與這些個縫子的尺寸相當(dāng)初，信號便會萌生失真。

對于77GHz的雷達(dá)，假如選器具備較強(qiáng)“玻璃編制效應(yīng)”的PCB材料，可能會遭受群延緩、廣泛散布延緩和相位角變動的影響。為保障相位牢穩(wěn)，應(yīng)當(dāng)為77GHz的電路挑選認(rèn)為合適而使用“平均開纖玻璃編制”作為填料的線路板料料，況且線路板料料的Dk變動要盡有可能小。假如認(rèn)為合適而使用“交織開放玻璃編制”作為填料的線路板料料，在77GHz頻率下，Dk值約略會有0.09的變動，這會帶來大約100度的相角差。相角發(fā)生較大的變動，也就意味著這些個材料的電路的群延緩和廣泛散布延緩會萌生較大的差別。理想事情狀況下，認(rèn)為合適而使用不含玻璃纖維的材料，如RO3003或RO3003G2層壓板，就可以防止遭受“玻璃纖維效應(yīng)”的影響。

額外，挑選不一樣的傳道輸送線技術(shù)也有可能會對毫米波電路（例如77GHz交通工具雷達(dá)）的性能萌生影響。毫米波電路一般是多層混壓PCB的一小批，這些個多層混壓還有可能里面含有了數(shù)碼電路、電源電路、甚至于光電電路。毫米波電路一般運(yùn)用微帶線或GCPW傳道輸送線技術(shù)，在PCB加工過程中，GCPW傳道輸送線更容易遭受鍍銅厚度、導(dǎo)體腐刻精密度、最后鍍層外表處置等因素影響（如圖6所示）。固然微帶線還是GCPW都可以用建臨摹真來預(yù)先期待電路性能，不過在77GHz頻率下，GCPW的加工困難程度和受加工影響更大。

圖6、傳道輸送線技術(shù)的挑選及其加工工藝對毫米波頻率下電路的性能影響

為了評估不一樣線路板料料和銅導(dǎo)體類型對電路的影響，不管是運(yùn)用全波電磁力場仿真軟件來仿真，仍然直接加工出實物施行測試，都會浪費眾多的時間和精神力。一個更簡單的辦法是借助基于微軟Windows平臺研發(fā)的不收費軟件手續(xù)“MWI-2019”來施行剖析。該軟件可以從羅杰斯官方網(wǎng)站上不收費下載。該軟件（請參照“More on MWI-2019”）準(zhǔn)許用戶運(yùn)用其內(nèi)置的數(shù)值庫，來證驗材料厚度、銅導(dǎo)體外表光潔度以及其他參變量對“預(yù)設(shè)Dk”的影響。同時該數(shù)值庫也里面含有了很多其他不一樣材料的“預(yù)設(shè)Dk”值。固然該軟件供給的最后結(jié)果精密度略低，但它的計算時間卻比全波電磁仿真軟件快得多，幾乎可以迅即獲得毫米波電路預(yù)設(shè)中運(yùn)用不一樣材料和材料參變量的起初值。

更多關(guān)于MWI-2019的信息

不收費的MWI-2019軟件可以幫忙大家迅速理解線路板料料在毫米波頻率下的射頻性能差別。它可以從羅杰斯企業(yè)的官方網(wǎng)站上不收費下載，可以在大部分?jǐn)?shù)兼容微軟操作系統(tǒng)的私人電腦上運(yùn)行。它認(rèn)為合適而使用迅速響應(yīng)的閉合式方程（相對于運(yùn)行時間較長的全波電磁力場仿真軟件）來計算不一樣材料和不一樣Dk值對高頻傳道輸送線（涵蓋微帶線、帶狀線和接地共面波導(dǎo)GCPW）的性能影響。

這款簡單易用的軟件是基于材料的“預(yù)設(shè)Dk”來預(yù)設(shè)的，它領(lǐng)有一個大型數(shù)值庫，里面含有了不一樣材料和銅導(dǎo)體在特別指定頻率下的實測值。“預(yù)設(shè)Dk”不止思索問題了媒介材料的Dk，還思索問題了諸如頻率、基板厚度和銅外表光潔度等參變量，這些個參變量都有可能會對電路傳道輸送線的Dk萌生影響。盡管MWI-2019沒有辦法達(dá)到全波電磁力場仿真軟件那樣子的精密度，但它可以在極短的時間內(nèi)供給不一樣傳道輸送類型、銅箔類型和基板厚度的計算最后結(jié)果，況且可以在110 GHz頻率范圍內(nèi)為不一樣的候選線路板料料供給一個可供參照的起初值。