空中电磁波对PCB电路的影响

空中电磁波对PCB电路的影响

随着频率的不断增加，控制印刷电路板(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电路设计，不仅需要考虑Dk的差异，还必须考虑到电路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。根据电路所用的传输线类型，具有耦合结构电路的相位可以被材料的各向异性改变，电路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是电路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。如需了解改变线路板材料Dk的多种因素(包括测量方法)的更多详细信息，请参阅罗杰斯公司的网络研讨会“UnderstandHow Circuit Materials and Fabrication Can Affect PCB Dk Variation and PhaseConsistency(了解线路板材料和制造工艺如何影响PCB的Dk变化和相位的一致性)”。