[视频]关于介电常数,射频电路设计者需要知道些什么

近年来在无线通信、光纤通信、高速数据网络产品不断推出,信息处理高速化、无线模拟前端模块化,这些对数字信号处理技术、IC 工艺、微波 PCB 设计提出新的要求,另外也对 PCB 板材和 PCB 工艺提出了更高要求。

如商用无线通信要求使用低成本的板材、稳定的介电常数(εr 变化误差在 ±1-2%间)、低的介电损耗(0.005 以下)。具体到手机的 PCB 板材,还需要有多层层压、PCB 加工工艺简易、成品板可靠性高、体积小、集成度高、成本低等特点。为了挑战日益激烈的市场竞争,电子工程师必须在材料性能、成本、加工工艺难易及成品板的可靠性间采取折衷。

目前可供选用的板材很多,有代表性的常用板材有:环氧树脂玻璃布层压板 FR4、多脂氟乙烯 PTFE、聚四氟乙烯玻璃布 F4、改性环氧树脂 FR4 等。特殊板材如:卫星微波收发电路用到蓝宝石基材和陶瓷基材;微波电路基材 GX 系列、 TACONIC TLY 系列、TACONIC TLX 系列、TACONIC RF 系列、TACONIC TLX 系列、TACONIC TRF系列、LCAM系列。它们使用的场合不同,如FR4用于 1GHz 以下混合信号电路、多脂氟乙烯 PTFE 多用于多层高频电路板、聚四氟乙烯玻璃布纤维 F4 用于微波电路双面板、改性环氧树脂 FR4 用于家用电器高频头 (500MHz 以下)。由于 FR4 板材易加工、成本低、便于层压,所以得到广泛应 用。

像我们常用的PCB介质是FR4材料的,相对空气的介电常数是4.2-4.7。这个介电常数是会随温度变化的,在0-70度的温度范围内,其最大变化范围可以达到20%。介电常数的变化会导致线路延时10%的变化,温度越高,延时越大。介电常数还会随信号频率变化,频率越高介电常数越小。

介电常数除了直接影响信号的传输速度以外,还在很大程度上决定特性阻抗,在不同的部分使得特性阻抗匹配在微波通信里尤为重要.如果出现阻抗不匹配的现象,阻抗不匹配也称为VSWR (驻波比).

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