关于射频和微波PCB设计注意事项

如今，RF /微波PCB广泛应用于众多手持无线设备和商业行业，包括医疗，通信等。由于RF（射频）/微波电路是分布参数电路，往往会产生趋肤效应和耦合效应，干扰和在实际印刷电路板（PCB）设计中难以控制电路中的辐射。常见的问题包括数字电路和模拟电路之间的交叉干扰，功率引起的噪声干扰以及荒谬布局引起的类似干扰问题。因此，如何平衡PCB设计的优缺点并尝试缩小干扰是RF /微波PCB设计的一个重要方面。

每个设计都有所不同，但经验作为一名优秀的设计师起着积极的作用，制造工程师能够为主要陷阱提供解决方案。本文将介绍和讨论有关RF /微波PCB的详细PCB设计指南。

如何确定基材？

作为电路设计的早期阶段，PCB基板材料选择在RF /微波PCB设计中起着关键作用，佳基板材料有助于终产品的卓越性能和高可靠性。在考虑与PCB设计一致的基板材料时，必须集中一些方面，如相对介电常数，损耗角正切，厚度，环境等,以下内容将详细说明其重要性，并将显示理想的选择方法。

1、相对介电常数
相对介电常数是指介电常数和真空介电常数之间的比率。用于RF /微波PCB设计的基板材料的相对介电常数必须足够高，以满足空间和重量的要求。然而，诸如高速互连的其他应用要求极低的相对介电常数以产生具有可接受的线宽和阻抗容差的高阻抗电路。

在终基板材料确定之前，必须确认一些参数，包括一定范围的板厚度的线宽，电路工作频率的波长和主要部件的近似尺寸。必须绘制电路板图的草图，以便建立可接受的大和小相对介电常数。

而且，由基板材料制造商提供的相对介电常数偏差必须足够低，以使电性能在公差范围内。

2、损失正切
介电损耗是关于损耗角正切和相对介电常数的函数，对于一些基板材料，每单位长度的介电损耗可以通过施加可以减少导体损耗的较短线来抵消，这在高频情况下导体损耗变得明显时是非常重要的。因此，当估计某些电路中的元件损耗参数时，估计每单位长度或频率的损耗而不是在给定频率下每单位线长度的普通损耗。

在一定的频率范围内，基板材料损耗必须足够低，以满足输入/输出功率要求，同时避免散热问题。此外，一些电路元件（例如滤波器）的功率响应必须保持尖锐的频率滚降特性，以便满足电性能要求。当然，介电损耗会影响这种频率特性。

3、基板材料厚度与以下设计元素相关联：
a、跟踪宽度，为了保持给定的特性阻抗，应减小基板材料厚度以满足迹线宽度减小的要求。薄基板材料上的高阻抗迹线在制造时可能需要极低的走线宽度。
b、机械性能，在无支撑的薄基板材料上构造的电路可能弯曲，弯曲或扭曲，这不会发生在刚性和热固性材料上。
C、尺寸稳定性，一般而言，就尺寸稳定性而言，薄基板材料的性能比厚基板材料差。此外，薄基板材料也会给制造商带来挫折或导致成本增加。

d、成本，通常，每单位面积厚的基底材料比每单位面积薄的基底材料更昂贵。
e、一致性。对于需要弯曲成简单弯曲形状（例如圆柱形或锥形）的电路板，薄板能够弯曲到较低的曲率半径，而基板材料或铜箔不会被破坏。
F、介电击穿，对于平行板，薄介电材料具有比厚材料成比例更高的介电击穿电压。
G、动力处理能力，高频电路板的功率处理能力通过增加基板材料厚度可以减轻两个方面的限制。一方面，高功率可以通过加热部分消散。另一方面，高峰值功率水平可以导致电晕开始发电并缩短基板材料的寿命。

4、环境
印刷电路板制造和操作环境限制了基板材料的选择，应考虑的主要材料性能包括：
a、温度稳定性、应保证操作和技术的高和低温度，温度限制应表示为“峰值”或“连续”，应在峰值温度下计算电气性能，并与设计要求进行比较。在间歇温度峰值范围内，电路板不可能正常工作，因此应采用“连续”温度来估算性能。电路板机械性能发生永久性损坏应在“间歇”极限温度范围内检查。

b、耐湿性和化学性。基板材料应吸收低湿度，使高压环境下电路板的电性能不会明显降低。毕竟，额外的环保解决方案会引起额外的制造成本和设计折衷，待使用的技术需要与基底材料的耐化学性和耐溶剂性相容。
C、抗辐射性能，当RF /微波PCB应用于空间或核应用时，基板材料将遭受大量电离辐射，应确保和估计电离辐射对基板机械和电性能的影响。此外，应确保其累积效应，并将电路板的有效运行寿命与之进行比较。

5、关于基材的其他设计规则
a、铜线圈的附着力必须足够高，以承受应用和制造环境，以免造成永久性损坏。
b、相对介电常数随温度变化，这可能会影响工作温度范围内的电性能。
C、表面贴装器件（SMD）和镀通孔（PTH）的可靠性也与CTE相关。

d、基板材料的导热性将影响设计，考虑热管理问题。
e、在决定外壳和安装时，应提前考虑电路板翘曲。
F、机械性能可能会影响装配和安装设计。
G、基板材料的比重决定了电路板的重量。
H、在极限环境温度和高功率元件设计以及回流焊接或其他高温制造的应用过程中，必须仔细考虑热膨胀系数（CTE）。
i、电阻率可能是与电性能相关的元件，尤其是当高阻抗线路传输高电压功率放大电路时。