微波技術 - 24GHz下RO4350B片的介電常數和損耗因數

介電常數 RO4350B 相對穩定. 標準值為3.1.0GHz時為48. 介電常數將隨著頻率的新增而降低. 24GHz時, 介電常數降低0.01與10GHz頻率相比, 這是3.47.

通常地, 高頻PCB 板材從以下幾個方面進行選擇：低介電常數, 低損耗因數, 頻率和溫度穩定性, 和 cost (m級級級級aterial cost, design-test-manufacturing cost). 羅傑斯公司 RO4350B 是一種用於烴類樹脂和陶瓷填料層壓板和預浸料的低損耗資料, with excellent high-frequency performance (generally applicable below 30GHz). 因為 RO4350B 使用標準環氧樹脂/glass (FR-4) processing technology for processing, 它還具有較低的生產線處理成本. 可以說 RO4350B 實現了成本和高頻效能的優化, 是最具成本效益的低損耗高頻片. 為了更好地實現設計要求, 研究了微帶傳輸線的插入損耗 RO4350B 24GHz微帶陣列天線設計中的薄板.

微帶線插入損耗分析

微帶線插入損耗主要包括導體損耗、介質損耗、表面波損耗和輻射損耗，其中導體損耗和介質損耗是主要的損耗。 趨膚效應使微帶線上的高頻電流集中在導帶和接地板與介質基板直接接觸的薄層上，等效交流電阻遠大於低頻情况。 在10GHz以下工作時，微帶線的導體損耗遠大於介質損耗。 當工作頻率升至24GHz時，介質損耗超過導體損耗。

圖1顯示了由HFSS計算的不同長度微帶線的插入損耗。 電介質基板均為RO4350B，厚度為20密耳。 從圖中可以看出，微帶線的插入損耗約為17dB/m，金屬損耗、介電損耗和其他損耗分別為4.47dB/m、11.27dB/m、1.26dB/m。 作為比較，錶1顯示了由MWI2016計算的微帶線插入損耗。 可以看出，在相同條件下，MWI的計算值為24.4dB。 介質損耗值接近，但導體損耗值相差7dB。 產生差异的原因是HFSS模型中未考慮導帶和接地板的表面粗糙度。 微帶線插入損耗的HFSS計算結果如下：

降低微帶線插入損耗的措施

1）合理選擇板材厚度，慎用綠油

從錶1可以看出，具有相同特性阻抗的微帶線的導體損耗隨著介質厚度的新增而减小，而介質損耗基本不變。 原因是介質基片越厚，微帶線寬度越窄，高頻電流越集中，導體損耗越大。 值得注意的是，綠油介質在24 GHz時具有較大的損耗切角，這將新增微帶線的插入損耗。 囙此，在設計24GHz微帶天線時，有必要在天線區域打開帶有焊接掩模的視窗。 MWI2016微帶線插入損耗計算結果如下：

2）首選LoPro銅箔

導電帶和接地板銅箔的表面粗糙度也是影響微帶線插入損耗的重要因素。 銅箔表面越光滑，導體損耗越小。 RO4350B提供兩種類型的覆銅箔：電解銅箔（ED）和低粗糙度反向處理銅箔（LoPro）。 ED銅箔的表面粗糙度約為3um，LoPro銅箔可達到0.4um，可有效降低導體損耗。 圖2顯示了這兩種銅箔的微帶線插入損耗的比較。 電介質基板的厚度為0.1毫米。 從圖中可以看出，LoPro銅箔微帶線在24GHz下的插入損耗比ED銅箔的插入損耗小40%。 電解銅和反向銅的插入損耗比較如下：

3）合理的

選擇表面處理工藝

表面處理工藝也是影響導體損耗的因素之一。 常見的表面處理工藝有四種，分別為浸銀、浸金（非鎳金）、鎳金（鎳3-5um、金2.54-7.62um）和浸錫。 錶2顯示了這些金屬的電力參數。 鎳是一種鐵磁資料，磁介電常數為600。 根據趨膚深度計算公式，鎳的趨膚深度比其他金屬小一個數量級，囙此鎳的表面電阻比其他金屬大幾十倍，導致鎳金工藝的導體損耗比其他工藝大得多。 圖3比較了裸銅、浸沒銀和鎳金表面處理工藝的插入損耗，基板厚度均為20密耳。 從圖中可以看出，浸銀工藝的插入損耗與裸銅相似，但經鎳金表面處理後的微帶線的插入損耗要大4dB/m（10GHz）。 可以預見，這種差异在24GHz時會更大。 大的 將不同金屬的電導率、磁介電常數和趨膚深度與鎳金工藝和裸銅的插入損耗進行比較，如圖所示：

總而言之, 當我們使用 RO4350B PCB dielectric substrates to design 24GHz microstrip antennas or microstrip circuits, 我們需要考慮電介質板的厚度, 銅塗層的類型, 並根據效能和成本要求進行表面處理工藝. 該結論也適用於 羅傑斯RO4000 and RO3000系列.