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毫米波PCB的设计和加工（第FB体育官方网站面）

从主动驾御车辆上运用的防碰警报器零碎到第七代（5G）高数据速率新无线（NR）网络技能，毫米波（mmWave）通路的使用畛域正正在快捷增加。许多使用正正在推进任务频段往更高的频次变迁（如>24GHz）。但是，这种跨度更短的通路，设想和加工的巨大变迁能够形成电子货物功能涌现严重差别。理解毫米波频次和广播段频次PCB通路之间的差别能够无助于于防止通路功能异样和差别。

PCB射频技能概述

与广播段通路相比，高频射频/微波通路易受通路资料和加工工艺的反应。固然电源线和数目字掌握等通路性能能够用低利润FR-4通路资料，然而射频、微波和毫米波通路需求功能更好的通路资料，以过分缩小信号消耗和失真。许多存正在很多没有同电气性能的多层混合信号PCB一般由没有同类型的通路资料混合压抑而成，应取舍最适宜的资料用来该层通路性能。

高频PCB一般基于三种罕见通路传输线技能，即：微带线通路、带状线通路或者接地共面波导（GCPW）通路（见图1）。图中基于单端传输线描画了每种通路的磁场（E）和直流电密度，能够看到每种通路类型的构造各没有相反，内中那里所示的磁场为超导体与地板的啮合海域。关于差分通路，运用的两根导线其间也具有啮合。相似，关于一度差分微带线通路，磁场将正在高层的信号超导体之间和高层到地板的超导体之间彼此啮合。特别是正在较高频次下，运用该署传输线的高频通路极易受通路资料参数和PCB加工的反应。

对于三种通路类型的形容较为容易，随着频次的变迁而这种形容会有所没有同。正在较高频次下，因为趋肤效应，横截面图中所示的直流电密度深浅将更小，而磁场也将较为稠密。每个通路的电波（EM）（磁场和电场）将沿着与二维通路图垂直的位置，由页面向外流传。

这二类高佳音频传输线的功能均由介质资料决议。正在带状线通路中，超导体被介质资料萦绕；正在微带线通路和GCPW通路中，磁场蔓延到介质资料以外，蕴含通路四周的气氛形成的通路的整个电磁条件，因而这两种通路中的波的流传的介电常数（Dk）分析了基板资料的Dk和睦氛的Dk（大概为1）。这种状况下的介电常数就是叫做的“无效Dk”。

图1所示的GCPW是一度紧啮合GCPW通路，正在顶板共面通路层的信号超导体之间以及到接天空的距离较小。距离或者间隔较大则为松啮合的GCPW通路。相比拟，紧啮合GCPW有较大对比的磁场具有于气氛中，而松啮合GCPW有较大对比的磁场坐落介质基板资料内（基板资料的Dk高于气氛）。因为因为气氛的反应，紧啮合GCPW的无效Dk低于松啮合GCPW。

通路中可用信号功率常常会随着频次增多而升高，因而需求亲密留意而过分缩小高频通路中的信号消耗。维持阻抗婚配是升高高频通路或者零碎中的互连部件消耗的要害，相似图2所示的信号发作器和负载之间的传输线。因为信号能量会转化成热能，因为即便发作器和负载阻抗婚配，无源部件（相似高佳音频传输线）也会因为本身介质和超导体消耗而涌现定然量的拔出消耗。然而，当阻抗没有婚配时（见图2b），传输联接处的信号反照再会惹起回波消耗，从而传输线的总消耗会进一步增大，如图从婚配时的标称3dB增多到6dB。当必需保障吸收端信号功率时，拔出消耗和回波消耗必需最小化。拔出消耗和回波消耗能够用矢量网络综合仪（VNA）丈量，丈量拔出消耗时，将斜射（S）参数丈量设为S21，而丈量回波消耗时，将斜射（S）参数丈量设为S11。

高频通路的拔出消耗是多少种没有同消耗总数，囊括超导体消耗（超导体）、介质消耗（基板资料）、辐照消耗（通路的能量辐照）和走漏消耗（铜层之间的能量走漏）。这四种消耗中任一种消耗的缩小都将升高高频通路的拔出消耗。

走漏消耗一般是容积电阻率绝对于较低的资料的一度关心点，相似半超导体资料。然而关于容积电阻率较高的高频PCB通路资料来说，走漏消耗一般能够疏忽没有计。另一范围，正在高功率通路中走漏消耗能够是一度不值关心的成绩，但对于毫米波通路中的小信号功率根本也没有必思忖。辐照消耗正在毫米波频次下不值关心的消耗，它能够作为通路总拔出消耗钻研的一全体模仿打算。那里咱们先以超导体消耗和介质消耗为主来议论通路的拔出消耗。

将没有同薄厚通路中的拔出消耗停止合成，关于基板介质资料较薄的通路，超导体消耗占次要全体，这时信号与地立体的距离没有大，磁场更为集合正在超导体下方的通路；关于基板介质较厚的通路，信号与地立体距离较大，这时超导体消耗占拔出消耗对比较小，介质消耗占次要全体。图3显现了微带线通路的超导体消耗（与介电消耗）如何随着基板薄厚改观的变迁状况。

图3所示的是运用50Ω微带线传输线通路测试的总的拔出消耗状况。一切通路均运用相反的50Ω设想、相反的覆铜基板，仅薄厚没有同。能够看到，通路消耗的测试后果（紫色）与模子打算（绿色）的总的拔出消耗值无比的婚配，进一步证明模子打算的准确性。同声也给出正在没有同薄厚下介质消耗与超导体消耗各自占比的散布和变迁状况。

图3中也显现了关于运用相反介质资料的通路随着基板薄厚没有同的超导体消耗的变迁。介质基板与铜箔的接壤面处的铜箔毛糙度也是反应超导体消耗的要素。与较润滑的铜箔名义相比，毛糙的铜箔名义会增多超导体消耗。铜箔毛糙度也会对于通路的Dk值发生反应，铜箔越毛糙，通路的电波流传门路将增多，构成慢波效应，从而使通路上身现出的Dk值高于其标称值一样，增多信号流传的相位延时。

对于高频设想一般需求一度取舍薄的基板资料，且高频下低拔出消耗是一度要害目标。这种状况下，铜箔的类型也变化一度主要的思忖要素，越润滑的铜箔拔出消耗越小。相似，正在图3中比拟了没有同薄厚下超导体消耗的变迁状况，能够看到，正在较薄的通路中超导体消耗将占通路总拔出消耗的大全体。因而，为升高超导体消耗能够取舍较润滑的铜箔来升高超导体。虽然如此，仍能够经过掌握介质消耗来升高拔出消耗。因而，选用一种消耗因数（Df）较低的资料仍能够升高通路的总拔出消耗。相似，图3中的资料的消耗因数Df为0.0037，假如运用Df为0.0010的资料时，介质消耗（和拔出消耗）进一步升高。

相位精密度

正在很多高频通路中，相位是一度主要的电气参数，特别是正在毫米波使用（相似公共汽车警报器和5G无线网络）中，相位是许多保守调制形式的根本消息。通路需求维持分歧的相位呼应，从而使警报器和无线通讯等零碎可以需要牢靠消息。通路相位呼应一般以相位角或者相进度来表征，相似，现实正弦波的通路的一度周期或者跨度的相位角呼应为360°。图4举例注明了关于某一通路资料（Dk值为3.0），正在7.6GHz环境下，以360°相位角呼应或者一度跨度的情理长短下的微带线通路为参考，没有同的参数变迁关于相位角的反应。

如图4所示，通路设想和通路资料特点的巨大变迁就能够反应相位角呼应。参考通路的微带线的情理长短1英寸，正在7.6GHz频次下刚刚好是一度跨度或者许相位呼应360°。由于波仆从着频次的增多而降落，因为正在两倍频次（15.2GHz）下，相反的通路其相位角呼应为两个跨度或者720°。关于7.6GHz环境下的通路的两个跨度，则需求一度2"（50.8mm）的实践长短。

高频通路设想一般基于支撑一定频谱和范畴，通路的情理特点正在很大水平上是与跨度有关的，如四分之一跨度或者半跨度特点。图4所示的参考通路正在7.6GHz环境下的一度跨度为1英寸，随着频次的增多而跨度变短，因为无比简单看出，正在毫米波频次下，通路分寸的巨大变迁都会带来呼应的相位差别。

通路资料参数能够反应通路的相位角呼应，相似Dk和铜箔毛糙度。相似图4中的其三个通路，长短相反但Dk增大到4.0，相反频次7.6GHz环境下相位角呼应变为410°。异样地，随着通路资料Dk值的升高，相位角呼应缩小。与润滑的铜箔相比，较毛糙的铜箔会升高波速，增大相位提早或者相位角呼应（如图4所示的底部通路）。

基于相位呼应的毫米波通路，相位角或者相位呼应分歧性是一度主要的功能参数。固然1英寸长短的微带线通路正在7.6GHz环境下的相位角呼应刚刚好一度周期（360°），但关于77GHz警报器，正在Dk值为3.0的基板资料上加工的存正在相反情理长短的微带线通路却有大于4,000°的相位角呼应，相位角变迁关于通路的巨大变迁异样迟钝。而关于毫米波警报器传感器的功能，即便小至±30°的相位角变迁也能够形成警报器检测谬误（相似公共汽车防撞零碎中的警报器检测）。关于如正在5G NR零碎中运用的26GHz和28GHz频次的频次越低的毫米波通路，相位呼应答于调制网络精确性异样主要。频次越高、跨度越小，通路受相位角变迁的反应越大。

毫米波PCB的设想

正在毫米波频次，因为跨度度，PCB的功能受很反复无常量的反应。率先需求思忖是信号从联接器馈入到PCB上带来的反应。正在联接器信号馈出口处的阻抗异样，或者阻抗变迁能够形成信号反照、回波降低和失真。高频联接器与PCB的联接虽然间隔较短，阻抗异样仅发作正在0.1"（2.54mm）内外的间隔上，然而该长短正在毫米波频次下能够与小数倍跨度相濒临，从而形成波形失真。相似，40GHz下的跨度为0.18"（0.46mm）与0.1"就无比濒临，0.1"的变迁就能够形成40GHz信号异样。正在较广播段次下，联接器带来的阻抗异样反应较小，由于正在广播段次的跨度较长，该短间隔上的反应较少。

正在某小数倍跨度长短的阻抗异样能够反应毫米波通路功能，那样详细多少长短才算呢？一般，半跨度的阻抗异样一般会反应功能；四分之一跨度异样也能够反应毫米波通路功能，然而与半跨度相比反应会小一些较小。一般，八分之一或者更中波长的阻抗异样将反应波特点，因而，反过去讲，维持正在非常之一或者更短跨度间隔，能够过分缩小正在毫米波频次下的通路功能成绩。

正在毫米波频次下，保障基板薄厚和超导体幅度等通路特点小于呼应频次下的非常之一跨度可以防止发生功能异样，防止无须要谐振。相似，正在任务频次下、存正在二分之一跨度薄厚的通路基板上制造的毫米波通路会正在信号层和地板之间发生谐振环境。任务频次下二分之一跨度的导线幅度也将正在通路超导体幅度上发生谐振环境。将基板薄厚和超导体幅度维持正在任务频次下非常之一或者更短跨度，能够防止发作无须要的谐振环境。