深入探讨设计Dk

随着频率的不断增加，控制印刷威廉希尔官方网站 板（PCB）材料的相位一致性越来越难。准确预测线路板材料的相位变化并不是一项简单或常规的工作。高频高速PCB的信号相位在很大程度上取决于由其加工而成的传输线的结构，以及线路板材料的介电常数（Dk）。介质媒介的Dk越低（例如空气的Dk约为1.0），电磁波传播得越快。随着Dk的增加，波的传播会变慢，这种现象对传播信号的相位响应也会产生影响。当传播介质的Dk发生变化时，就会发生波形相位变化，因为较低或较高的Dk，会使信号在传播介质中的速度对应的变快或减慢。

线路板材料的Dk通常是各向异性的，在长度、宽度和厚度（对应x、y和z轴）三个维度中（3D）均具有不同的Dk值。对于某些特殊类型的威廉希尔官方网站 设计，不仅需要考虑Dk的差异，还必须考虑到威廉希尔官方网站 的加工制造对相位的影响。随着PCB工作频率的提高，尤其是在微波和毫米波频率下，例如：如第五代（5G）蜂窝无线通信网络基础设施设备、电子辅助汽车中的高级驾驶员辅助系统（ADAS），相位的稳定性和可预测性将变得越来越重要。

那么究竟是什么导致了线路板材料的Dk发生变化呢？在某些情况下，PCB上Dk的差异是由材料（例如铜表面粗糙度的变化）本身引起的。在其他一些情况下，PCB的制造工艺也会造成Dk的变化。此外，恶劣的工作环境（例如较高的工作温度）也会使PCB的Dk发生改变。通过了解材料的特性、制造工艺、工作环境、甚至Dk的测试方法，等多方面来研究PCB的Dk如何变化。这样能更好地理解、预测PCB的相位变化，并将其带来的影响最小化。

各向异性是线路板材料的一种重要特性，Dk的特性非常类似于三维数学上的“张量”。三个轴上不同的Dk值导致了三维空间中电通量和电场强度的差异。根据威廉希尔官方网站 所用的传输线类型，具有耦合结构威廉希尔官方网站 的相位可以被材料的各向异性改变，威廉希尔官方网站 的性能取决于相位在线路板材料上的方向。一般来说，线路板材料的各向异性会随板材的厚度和工作频率而变化，Dk值较低的材料各向异性较小。填充的增强材料也会造成这种变化：与没有玻璃纤维增强的线路板材料相比，具有玻璃纤维增强的线路板材料通常具有更大的各向异性。当相位是关键指标，并且PCB的Dk是威廉希尔官方网站 设计建模的一部分时，描述比较两种材料之间的Dk值应该针对的是同一个方向轴线上的Dk。

深入探讨设计Dk

威廉希尔官方网站 的有效Dk取决于电磁波在特定类型传输线中的传播方式。根据传输线的不同，电磁波一部分通过PCB的介质材料传播，另外一部分会通过PCB周围的空气传播。空气的Dk值（约为1.00）低于任何威廉希尔官方网站 材料，因此，有效Dk值实质上是一个组合Dk值，它由传输线导体中传播的电磁波、电介质材料中传播的电磁波，以及基底周围空气中传播的电磁波共同作用而确定。“设计Dk”就试图提供相对“有效Dk”更为实用的Dk，因为“设计Dk”同时考虑了不同传输线技术、制造方法、导线、甚至测量Dk的试验方法等多方面的综合影响。设计Dk是在威廉希尔官方网站 形式下对材料进行测试时提取的Dk，也是在威廉希尔官方网站 设计和仿真中最适合使用的Dk值。设计Dk不是威廉希尔官方网站 的有效Dk，但它是通过对有效Dk的测量来确定的材料Dk，设计Dk能反映威廉希尔官方网站 真实性能。

对于特定的线路板材料，其设计Dk值可能会因为线路板不同区域的细微差异而发生变化。例如：构成威廉希尔官方网站 导线的铜箔厚度可能会不均匀，这就意味着不同铜厚的地方设计Dk都会不同，并且由这些导体形成的威廉希尔官方网站 的相位响应也会跟着发生变化。铜箔导体表面的粗糙程度也会影响设计Dk和相位响应，较光滑的铜箔（例如压延铜）对设计Dk或相位响应的影响要小于粗糙铜箔。

PCB介质材料的不同厚度中导体铜箔表面粗糙度对设计Dk和威廉希尔官方网站 的相位响应产生不同影响。具有较厚基板的材料往往会受到铜箔导体表面粗糙度的影响较小，即使对于表面较为粗糙的铜箔导体，此时其设计Dk值也更接近于基板材料的介质Dk。

较厚的介质基板受到铜箔粗糙度的影响较小，设计Dk值相对更低。但是，如果用较厚的线路板来生产加工威廉希尔官方网站 ，尤其是在信号波长较小的毫米波频率下，要保持信号幅度和相位的一致性就会更加困难。较高频率的威廉希尔官方网站 往往更适合选用较薄的线路板，而此时材料的介质部分对设计Dk和威廉希尔官方网站 性能影响较小。较薄的PCB基板在信号损耗和相位性能方面受导体的影响会更大一些。在毫米波频率下，就威廉希尔官方网站 材料的设计Dk而言，它们对导体特性（如铜箔表面粗糙度）的敏感性也比较厚的基板要大一些。

如何选择传输线威廉希尔官方网站

在射频/微波和毫米波频率下，威廉希尔官方网站 设计工程师主要采用以下几种常规的传输线技术，例如：微带线、带状线、以及接地共面波导（GCPW）。每种技术都有不同的设计方法、设计挑战、相关优势。例如，GCPW威廉希尔官方网站 耦合行为的差异将影响威廉希尔官方网站 的设计Dk，对于紧密耦合的GCPW威廉希尔官方网站 ，以及具有紧密间隔的传输线，利用共面耦合区域之间的空气，可以实现更高效的电磁传播，将损耗降到最低。通过使用较厚的铜导体，耦合导体的侧壁更高，耦合区域中利用更多的空气路径可以最大限度地减少威廉希尔官方网站 损耗，但更为重要的是理解减小铜导体厚度变化带来的相应的影响。

许多因素都可以影响给定威廉希尔官方网站 和线路板材料的设计Dk。例如，线路板材料的温度系数Dk（TCDk）这个指标，就是用来衡量工作温度对设计Dk及性能的影响，较低的TCDk值表示线路板材料对温度依赖性较小。同样，高相对湿度（RH）也会增加线路板材料的设计Dk，特别是对于高吸湿性的材料。线路板材料的特性、威廉希尔官方网站 制造过程、工作环境中的不确定因素，都会影响线路板材料的设计Dk。只有了解这些特性，并且在设计过程中充分考虑这些因素，才能将其影响降到最低。

审核编辑 ：李倩