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PCB板材对微带线和共面波导电路有着怎样的影响

高频电路工程师在选择最优 PCB 材料时，通常需考虑电路的性能变化、物理尺寸和功率高低。不同传输线信号技术的选择会影响PCB设计的最终性能，如使用微带线或是接地共面波导（GCPW）。大部分电子工程师都需要了解高频微带线和带状线的明显区别，但接地共面波导与传统微带线有很多的不同。接地共面波导能为高频电子工程师的设计带来了许多好处和便利。选择不同电路时，了解不同 PCB 板材对微带线和接地共面波导电路的影响对设计是非常有帮助的。下图中可以看到两种电路的不同结构。

                                                    图 1：同种结构对比图

微带线电路的结构是信号导体线加工在介质层的顶部，接地导体面在介质层的底部。而接地共面波导结构中，除了介质层底部有的接地平面外，在介质层顶部，增加了额外的两个地平面并使信号导体处于这两个地平面中，且相互间隔。通过金属填充过孔使顶部和底部的接地平面相连接实现了一致的接地性能。此外，为保证如接合处等电路不连续处的一致性，许多接地共面波导电路通过接地母线来实现两顶层接地导体间的电气连接。

两种传输线技术的不同之处在于：接地共面波导中，顶层接地导体和信号导体之间的小间距可以实现电路的低阻抗，且通过调节该间距可以改变电路的阻抗。接地导体和信号导体的间距增大，阻抗也会增大。当接地共面波导的顶层接地导体和信号导体的间距增大时，接地导体对电路的影响会降低。当间距足够大时，接地共面波导电路就类似于微带线电路了。

为什么某种传输线比其他传输线技术有优势呢？很明显，相比于接地共面波导，微带线结构简单，这更加便于加工和电脑建模。微带线和带状线是微波波段最常用的传输线技术，但在毫米波PCB频段时，微带线和带状线电路的损耗将增加。这使得这两种传输线技术在 30GHz 及以上频段的工作效率降低。但接地共面波导则具有牢固的接地结构，在高频频段具备更低的损耗。这为毫米波频段甚至 100GHz 及以上频段的设计提供了潜在的优势和稳定性能。

在选择使用微带线或接地共面波导传输线技术时，PCB 材料在其中扮演怎样的角色呢？介电常数（Dk）和介电常数一致性等材料参数会影响传输线的电气性能。因电磁场在介电常数 Dk 的板材内部和外部都可以传播，其在电路结构中的传播方式不同从而影响PCB板材的有效介电常数。对于顶层传输线和底层接地面的微带线电路结构，它的电磁场主要分布在两金属平面之间的介电材料内部，且集中分布在信号导体边缘。因此微带线电路的有效介电常数和 PCB板材的介电常数（Dk）值是密切相关的，如罗杰斯公司的 RO4350B 碳氢化合物陶瓷 PCB 板材， 10GHz 时其 Z（厚度）方向的介电常数工艺标准值为 3.48，整个材料上的介电常数偏差保持在±0.05。

PCB 板材稳定的介电常数将决定的电路结构的尺寸，如 50 欧姆特性阻抗。例如，基于 RO4350B 碳氢化合物陶瓷PCB 材料的微带传输线，50 欧姆特性阻抗条件下的电路宽度将基于该材料的介电常数值 3.48±0.05。但对于使用该材料的接地共面波导，其有效介电常数会降低。因为电磁场将更多地分布于电路上方的空气中而不是 PCB 介电材料中，相比于微带线，接地共面波导的有效介电常数将减小。接地共面波导和微带线有效介电常数的差异还依赖于接地共面波导介质厚度和顶层地信号线 - 地之间的间距。