毫米波應用的電路材料應該如何選擇

　　對于通信設(shè)備或其他等一些應用，毫米波頻段非常具有吸引力，因為從30GHz到300GHz范圍內(nèi)有非常寬的可用頻帶資源。但是尋找此頻段內(nèi)性能卓越且價格低廉的印刷電路板（PCB）材料是一個巨大挑戰(zhàn)。然而，通過對毫米波頻段PCB材料關(guān)鍵參數(shù)和特性的理解，如不同PCB材料對不同電路性能的影響等，找到適合于此頻段內(nèi)應用的PCB材料是完全可能的。當進行微波電路設(shè)計時需要考慮很多的影響因素，這些因素通常會使電路設(shè)計變得困難或者給電路帶來巨大的影響。這些因素包括抑制雜散模式傳輸、減小導體損耗和輻射損耗、實現(xiàn)有效的信號過渡，減小干擾諧振以及控制色散等。

　　設(shè)計指導

　　有許多設(shè)計方法可以減小波傳輸中的一些問題，比如使用非常薄的電路基材。一般情況下，使用的層壓板厚度要小于電路最高工作頻率的四分之一波長。然而實際應用中，為了減小電路板中不同電路之間的耦合諧振干擾，使用的電路基材厚度最好低于電路最高工作頻率的八分之一波長。不僅電路的相互耦合或諧振會干擾主信號的傳輸，其產(chǎn)生的表面波也會影響主信號的傳輸。信號導體的寬度和電路層壓板的厚度有關(guān)，層壓板越薄，對應的導體寬度應越小。為了有效抑制雜散模式，導體寬度也應該不超過電路最高工作頻率的八分之一波長。上述層壓板厚度和導體寬度設(shè)計方法可直接適用于高頻微帶線電路設(shè)計，其他類型的電路設(shè)計還需考慮更多因素。對于接地共面波導（GCPW），又稱為金屬底板共面波導（CPCBW），在毫米波頻段越厚的電路層壓板表現(xiàn)出有利于抑制雜散模式傳輸。如圖1a所示的微帶線結(jié)構(gòu)，微帶傳輸線中的信號層和接地面之間存在一定的間隔（基材厚度）。如果該間隔為四分之一波長，兩個銅箔平面間會產(chǎn)生諧振并干擾主信號傳輸。如果基材厚度為四分之一波長但銅導體寬度小于等于四分之一波長，諧振可能不會產(chǎn)生或者可以被忽略。如果基材厚度和銅導體寬度都大于等于四分之一波長，電路就很容易產(chǎn)生額外的諧振和雜散模式。圖1b所示是接地共面波導結(jié)構(gòu)。即使GCPW基材厚度和導體寬度等于四分之一波長，由于共面接地的緊耦合結(jié)構(gòu)，電路雜散諧振可以避免。共面接地面與信號導體鄰近且通過電鍍通孔（PTHs）實現(xiàn)與底層地面相連。當然，所有的結(jié)構(gòu)的選擇都會存在各方面因素的權(quán)衡，如GCPW電路的導體損耗就比微帶線電路更高。然而，考慮到工作頻率，由于GCPW電路具有比微帶線電路更低的輻射損耗，因此總的插入損耗并不一定更高。對于高頻傳輸線及高頻電路，插入損耗是諸多損耗成分的總和，包括介質(zhì)損耗、導體損耗、輻射損耗和泄露損耗等。高頻PCB 材料一般具有較大的體電阻因此RF泄露損耗非常小。介質(zhì)損耗與電路材料的損耗因子或tanδ相關(guān)。損耗也受其他附加材料的影響，例如防焊油墨或粘結(jié)片。由于防焊油墨是一種高損耗材料，其損耗因子為0.02，通常在RF/微波頻段尤其是毫米波頻段不使用防焊油墨。此外，防焊油墨對介電常數(shù)（Dk）的影響過程難以控制，使用防焊油墨會導致阻抗失配，進一步造成回波損耗和插入損耗的增加。