高頻微波技術 - RO4350B PCB在24GHz下的DK與DF說明

RO4350B PCB作為Rogers公司的高頻基板，其介電常數穩定性相當出色。 在標準測試中，以10GHz頻率下測得的介電常數值為3.48，而隨著頻率的上升，這一數值會有所降低。 例如，在24GHz頻率下，介電常數相較於10GHz時下降了0.01，降至3.47。

在選擇高頻電路板基板時，我們通常需要考慮以下幾個關鍵因素：介電常數DK的高低、損耗因數DF的大小、頻率與溫度穩定性，以及整體成本（包括物料成本、設計、測試與製造成本）。 RO4350B PCB基板，結合了碳氫樹脂與陶瓷填料層壓板及半固化片，形成了一種低損耗資料。 這種資料在高頻效能上表現優異，一般可適用於30GHz以下的場景。

RO4350B PCB採用了標準的環氧樹脂/玻璃（即FR-4玻纖板）加工工藝，其電路板加工成本相對較低。 這使得RO4350B PCB在成本和高頻效能之間達到了一個理想的平衡點，成為市場上極具性價比的低損耗高頻基板之一。

RO4350B PCB

微帶線插損的分析

微帶線的插損構成主要包括導體損耗、介質損耗、表面波損耗以及輻射損耗等多個方面，其中，導體損耗與介質損耗佔據主導地位。 高頻電流在微帶線上的分佈受到趨膚效應的影響，使得電流主要集中於導帶、接地板與介質基板之間的薄層，囙此，高頻時的等效交流電阻遠大於低頻情况。

在10GHz以下的工作頻率中，微帶線的導體損耗顯著大於介質損耗。 當工作頻率攀升至24GHz時，介質損耗開始超越導體損耗，成為主導因素。

採用了厚度為20mil的Rogers RO4350B PCB作為介質基板的微帶線。 插損大致為17dB/m，其中，金屬損耗、介質損耗和其他損耗分別為4.47dB/m、11.27dB/m和1.26dB/m。

降低微帶線插損的方法

1.選擇高頻電路板介質厚度，並謹慎使用阻焊層

在特性阻抗相同的條件下，微帶線的導體損耗會隨著介質厚度的新增而呈現出减小的趨勢，而介質損耗則基本保持穩定。 這背後的原因在於，隨著基板介質厚度的新增，微帶線的寬度會相應變窄，導致高頻電流更加集中，進而使得導體損耗增大。

特別需要指出的是，在24GHz的頻率下，阻焊層介質的損耗正切角較大，這會導致微帶線的插損進一步新增。 囙此，在設計24GHz的微帶天線時，我們需要對天線區域進行阻焊開窗處理，以降低阻焊層對微帶線插損的不良影響。

2、選擇LoPro銅箔

在微帶線的設計中，導帶和接地板銅箔的表面粗糙度對插損的影響不可忽視。 通常而言，銅箔表面越平滑，導體損耗就越小。 囙此，選擇一款具有較低表面粗糙度的銅箔是降低微帶線插損的關鍵。

Rogers RO4350B PCB提供了兩種覆銅類型，分別是可電解銅箔（ED）和低粗糙度反轉處理銅箔（LoPro）。 在這兩者中，ED銅箔的表面粗糙度大約在3um左右，而LoPro銅箔則能達到0.4um的超低粗糙度。 這種低粗糙度的特性使得LoPro銅箔在减少導體損耗方面表現出色。

下圖對比了這兩種銅箔在相同介質基板厚度（0.1mm）下的微帶線插損情况。 從圖中可以清晰地看到，在24GHz頻率下，使用LoPro銅箔的微帶線插損比使用ED銅箔的插損小了40%。 這一數據充分證明了LoPro銅箔在降低微帶線插損方面的優勢。

RO4350B的ED铜与LoPro铜比较

3、選擇PCB表面處理工藝

在微帶線設計中，PCB表面處理工藝的選擇同樣對導體損耗產生著顯著影響。 現時，常見的表面處理工藝主要包括沉銀、沉金（無鎳金）、鎳金（鎳3-5um，金1-3U）和沉錫等幾種。 這些不同工藝所使用的金屬具有各自獨特的電參數，這些參數直接影響著導體損耗的大小。

特別值得一提的是鎳，作為一種鐵磁性材料，其磁介電常數高達600。 根據趨膚深度的計算公式，鎳的趨膚深度相較於其他金屬要小一個量級。 這意味著在高頻電流通過時，鎳的表面電阻會比其他金屬大出幾十倍，囙此鎳金工藝的導體損耗也會遠大於其他工藝。

沉銀工藝和裸銅的插損相差不大，但經過鎳金表面處理後的微帶線插損卻要大出4dB/m（在10GHz時）。 隨著頻率的升高，這一差值在24GHz時會進一步加大。

我們使用Rogers RO4350B PCB來設計24GHz頻段的微帶天線或微帶電路時，需要綜合考慮介質板的厚度、覆銅類型以及表面處理的工藝，確保在滿足效能需求的同時，也實現PCB成本的優化。 Rogers RO4000系列和RO3000系列的大部分PCB基板中也是同樣的選擇。 通過選擇和優化這些關鍵因素，我們可以為高頻電路板設計與應用提供更為可靠和高效的解決方案。