不同阻抗設(shè)計(jì)對諧振環(huán)設(shè)計(jì)Dk的影響考察

朱泳名 葛 鷹

（國家電子電路基材工程技術(shù)研究中心，廣東生益科技股份有限公司，廣東 東莞 523808）

0 前言

隨著5G技術(shù)的發(fā)展，越來越多的終端、PCB和材料廠商都開始關(guān)注設(shè)計(jì)Dk這一指標(biāo)。諧振環(huán)評估設(shè)計(jì)Dk的方案也隨著需求的增加而慢慢的有了更多的應(yīng)用。目前已在5G天線、射頻功放網(wǎng)絡(luò)等等領(lǐng)域開始使用。但是由于各家終端所使用的設(shè)計(jì)不同，疊層不同等因素，很多時候如果在不同的設(shè)計(jì)下套用相同的諧振環(huán)圖形就可能會對測試評估帶來一定的誤差。本文從不同的阻抗設(shè)計(jì)出發(fā)，評估考察了不同的過孔設(shè)計(jì)和線寬設(shè)計(jì)對諧振環(huán)設(shè)計(jì)Dk的影響，目的是為了得到更準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)Dk，也可以為成品板的Dk一致性監(jiān)控提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)考察

1.1 不同線路阻抗考察

就5G天線來說，由于不同終端所采用的材料不同，有的會使用Dk3.0的設(shè)計(jì)，有的會使用Dk3.3的設(shè)計(jì)，甚至于有的終端還會使用不同介質(zhì)厚度的板材，所以最終的這些不同點(diǎn)都需要使用不同的線寬來達(dá)到阻抗匹配設(shè)計(jì)的要求。本文在同一塊0.75 mm（30 mil）厚度的覆銅板上設(shè)計(jì)了不同的圖形，人為的將阻抗調(diào)整至40Ω、50Ω和60Ω，以此來對比不同阻抗設(shè)計(jì)對設(shè)計(jì)Dk的影響。實(shí)驗(yàn)方案如表1。根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，加工圖形如圖1所示。

需要注意的是基于諧振環(huán)的實(shí)驗(yàn)原理，如果更改設(shè)計(jì)的線寬，也需要保證信號傳輸路徑的一致，否則就無法達(dá)到實(shí)驗(yàn)的效果。信號路徑一致指的是諧振環(huán)在改變線寬的同時不能改變沿線中心的長度，具體如圖2中心虛線所示。

本文中使用的諧振環(huán)半徑為14.1 mm。加工完成后使用網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行測試得到諧振頻率如圖3所示。

通過諧振頻率結(jié)合諧振環(huán)計(jì)算公式（見式1和式2），得到設(shè)計(jì)Dk如表2。

表1 不同阻抗設(shè)計(jì)考察方案

圖1 不同線路阻抗設(shè)計(jì)諧振環(huán)圖形

圖2 諧振環(huán)中心線設(shè)計(jì)示意圖

圖3 不同線路阻抗設(shè)計(jì)的諧振環(huán)實(shí)測結(jié)果

表2 不同線路阻抗諧振環(huán)設(shè)計(jì)Dk測試結(jié)果

通過實(shí)際實(shí)驗(yàn)可知，不同線路阻抗設(shè)計(jì)對最終的設(shè)計(jì)Dk評估會有一定的影響，在對應(yīng)不同材料評估時，如果涉及到Dk的差異或者不同的介厚，應(yīng)當(dāng)優(yōu)化圖形設(shè)計(jì)并且在相同的圖形下來進(jìn)行評估。

1.2 不同過孔阻抗設(shè)計(jì)

由于不同終端的設(shè)計(jì)不同，使用的高頻連接器也會不一樣，因此會對實(shí)際考察時的過孔阻抗帶來影響（如圖4所示）。

本文采用同樣的Molex-73251型SMA連接器，為模擬不同連接器的影響，故意將過孔阻抗設(shè)計(jì)為40Ω、50Ω和60Ω，以此來考察實(shí)際應(yīng)用時不同連接器帶來的接觸點(diǎn)阻抗差異對諧振環(huán)方法的測試設(shè)計(jì)Dk影響。為避免材料、加工因素等影響，與線寬考察一樣，也是在同一張覆銅板上設(shè)計(jì)不同過孔阻抗的圖形。

實(shí)際加工出來后的過孔阻抗實(shí)測結(jié)果如圖5所示。

由于加工設(shè)計(jì)的誤差，實(shí)際加工出來的過孔阻抗分別為42Ω、49Ω和57Ω，然后再測量不同過孔諧振環(huán)得到的諧振頻率結(jié)果見圖6。根據(jù)式（1）和式（2）計(jì)算得到結(jié)果見表3。

通過實(shí)際測試不同的過孔阻抗設(shè)計(jì)對設(shè)計(jì)Dk的影響只有0.018，所以在針對不同終端應(yīng)用的不同連接器時可實(shí)現(xiàn)平行切換，當(dāng)然這也需要看實(shí)際對設(shè)計(jì)Dk控制范圍的要求。

2 總結(jié)

本文從不同的線路阻抗和過孔阻抗兩個方面考察了不同阻抗設(shè)計(jì)對設(shè)計(jì)Dk評估的影響，結(jié)果得出線路阻抗的影響比連接器或者是過孔阻抗的影響要大。

線路阻抗的變化原因主要來自于介厚和材料本身Dk的變化，所以在使用諧振環(huán)方案考察不同材料時，需要針對性的修改圖形，并且確保各材料之間進(jìn)行平行對比。從不同阻抗的過孔設(shè)計(jì)來看，它對最終的設(shè)計(jì)Dk結(jié)果影響較小，可以使用相同的諧振環(huán)方案進(jìn)行平行替換。

圖4 不同類型的高頻連接器

圖5 實(shí)際加工后過孔阻抗

圖6 不同過孔阻抗的諧振環(huán)測試結(jié)果

表3 不同過孔阻抗諧振環(huán)設(shè)計(jì)Dk測試結(jié)果