2017年在美國夏威夷檀香山舉辦的國際微波技術(shù)展上（IMS 2017），大部分的展臺(tái)產(chǎn)品都是關(guān)于毫米波器件和電路的。曾經(jīng)一度，30 GHz以上的頻率在民用領(lǐng)域是鳳毛麟角，而僅僅用于軍事或科學(xué)應(yīng)用。但隨著科技飛速發(fā)展，可用頻譜資源日益緊張?，F(xiàn)在毫米波頻率已經(jīng)開始應(yīng)用于商用車載雷達(dá)，并在第五代（5G）無線通信網(wǎng)絡(luò)中為毫米波應(yīng)用做了大量規(guī)劃，以用于支持高速傳輸?shù)暮Ａ繑?shù)據(jù)。越來越多的設(shè)計(jì)工程師正面臨需要在77GHz及以上頻率研發(fā)設(shè)計(jì)毫米波電路。但是，首先，工程師們必須為這些高頻電路設(shè)計(jì)選擇合適的傳輸線技術(shù)，同時(shí)還需要選擇適合的線路板材料來保證這些電路的質(zhì)量，降低傳播信號(hào)的損耗。不久的將來，各地的駕駛員和手機(jī)用戶都將成為毫米波技術(shù)的使用者和受益者。

在微波頻率下，與帶狀線和共面波導(dǎo)（CPW）相比，微帶線依然是迄今為止最受歡迎的傳輸線技術(shù)。它使用頂部銅層形成信號(hào)平面和底層形成接地平面，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性價(jià)比相對(duì)較高，并能夠滿足不同結(jié)構(gòu)的表面安裝要求。

不幸的是，隨著信號(hào)頻率提高到毫米波范圍，微帶電路會(huì)表現(xiàn)出類似天線的屬性。信號(hào)會(huì)沿著傳播路徑向外發(fā)射電磁（EM）能量，從而導(dǎo)致比低頻高得多的輻射損耗。此時(shí)降低輻射損耗成為電路設(shè)計(jì)的一部分。微帶線的輻射損耗同時(shí)取決于電路所使用的基板材料的厚度和介電常數(shù)（Dk）?；谳^薄的基板電路輻射損耗會(huì)更小。此外，基于較高Dk值的線路板材料的電路具有更小的輻射損耗。

在微帶線中，有效Dk是指介質(zhì)基板材料與空氣組合之后的Dk，因?yàn)槲鬏斁€中的EM波部分通過電介質(zhì)傳播，部分通過其上方的空氣傳播。與微帶線相比，帶狀線類似扁平的同軸電纜。它的中心導(dǎo)體由頂部和底部電介質(zhì)層所包圍，而電介質(zhì)層又由接地平面覆蓋。帶狀線的Dk與介質(zhì)材料的Dk相同，因?yàn)槠鋫鞑ミ^程不涉及到空氣。

共面波導(dǎo)（CPW）電路有許多種不同結(jié)構(gòu)，包括標(biāo)準(zhǔn)的接地共面波導(dǎo)（GCPW）和導(dǎo)體襯底共面波導(dǎo)（CBCPW）。標(biāo)準(zhǔn)CPW在電介質(zhì)層的頂部（以平面波導(dǎo)的形式）放置金屬的平行導(dǎo)體，并在緊鄰中心導(dǎo)體的兩側(cè)制作出接地導(dǎo)體平面。GCPW增加了一個(gè)底部接地層，但是需要通過電介質(zhì)基板材料的金屬通孔（PTH）來連接頂部和底部接地層。頂層的額外接地平面有助于GCPW實(shí)現(xiàn)信號(hào)線之間的高隔離度，并減小寄生波傳播模式。PTH通孔的放置是至關(guān)重要的，其可以影響傳輸線的阻抗和損耗。

像微帶線一樣，由于EM波同時(shí)通過介質(zhì)基板材料以及導(dǎo)體周圍的空氣傳播，因此GCPW也具有有效介電常數(shù)。GCPW也可以實(shí)現(xiàn)組件的表面安裝，從而方便加工制造；相比之下帶狀線則需要用PTH通孔來實(shí)現(xiàn)外部電路組件與內(nèi)部信號(hào)層之間的連接。在毫米波頻段，GCPW具有比微帶線更低的色散，更小的輻射損耗，并且能夠支持比微帶線更高頻率的信號(hào)傳播。而且，GCPW能更有效地抑制寄生傳播，并且比微帶線更適合在毫米波頻率下完成實(shí)際信號(hào)過渡設(shè)計(jì)（例如波導(dǎo)、電纜或連接器）。

尋找正確的線路板材料

如果GCPW是應(yīng)用于毫米波電路的最佳傳輸線，它就應(yīng)該在具有最佳毫米波頻率特性的線路板材料上來加工。由于信號(hào)傳輸功率因電路損耗會(huì)隨著頻率的增加而降低，所以用于毫米波電路的最佳線路板材料應(yīng)該具有低損耗。毫米波傳輸線的插入損耗主要是由上述輻射損耗、導(dǎo)體損耗和介質(zhì)損耗引起。輻射損耗往往是由設(shè)計(jì)因素決定，而導(dǎo)體損耗和介電損耗將取決于線路板材料本身。

介電損耗是介電材料類型的函數(shù)，通常由材料的耗散因數(shù)（Df）來定義，較低的值表示較低的介質(zhì)損耗。能夠在毫米波頻率下具有一致性能的線路板材料其Dk也表現(xiàn)出最小的變化，使得介電損耗不會(huì)隨頻率劇烈變化。

在考慮用于毫米波電路應(yīng)用的線路板材料時(shí)，介電常數(shù)的溫度系數(shù)（TCDk）參數(shù)能夠可靠的洞察材料的DK和溫度穩(wěn)定性。TCDk參數(shù)可以用來評(píng)估特定線路板材料在毫米波頻率下的性能。其中較低的TCDk值表示Dk隨溫度變化較小，并且由于Dk隨溫度變化而導(dǎo)致的頻率相位響應(yīng)變化較小。

導(dǎo)體損耗在毫米波頻率下與多個(gè)變量相關(guān)，包括銅導(dǎo)體的表面粗糙度和導(dǎo)體表面處理的選擇。銅是一種優(yōu)良的導(dǎo)體，但是其表面粗糙度的增加會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)體損耗增加和傳播相位延遲更大。銅表面粗糙度的主要指銅與介質(zhì)交界面，由于銅表面粗糙度的影響導(dǎo)致?lián)p耗隨著頻率的增加而增加。毫米波信號(hào)的較小波長導(dǎo)致作為EM波傳播具有較小的趨膚深度。這樣較大銅表面粗糙度的線路板材料將更嚴(yán)重地影響毫米波頻率處的插入損耗和相位響應(yīng)。銅表面粗糙度對(duì)插入損耗的影響也取決于線路板材料的厚度，較薄的電路受銅表面粗糙度的影響比厚的電路更大。

在毫米波頻率下，與GCPW電路的導(dǎo)體損耗相比，具有較大銅表面粗糙度的線路板材料對(duì)微帶電路的導(dǎo)體損耗有更大的影響。這也就意味著，具有更平滑的銅光潔度的線路板材料對(duì)GCPW電路導(dǎo)體損耗性能的改善比微帶電路更小，尤其是在毫米波頻率下。特別地，緊耦合的GCPW電路（其具有窄間隔的導(dǎo)體和接地區(qū)域）比松耦合的GCPW電路（具有更大的導(dǎo)體和接地間距）受到銅表面粗糙度的影響小。

用于毫米波電路的最佳線路板材料應(yīng)該具有最小的相位變化，因?yàn)檫@種特性對(duì)于許多毫米波應(yīng)用（例如77GHz車載雷達(dá)系統(tǒng)）是至關(guān)重要的。通過減小某些基于材料的屬性（例如銅厚度，Dk，導(dǎo)體寬度和介質(zhì)厚度）的變化，毫米波頻率下的相位變化可以最小化。

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