【技术】影响微带贴片天线性能的因素

时间： 2023-04-28 来源：罗杰斯先进电子解决方案公众号

技术问答

选型帮助

研发客服

商务客服

微带贴片天线及其阵列可能见得不多但却是应用最广泛的天线形式。它们结构简单，通过介质、介质上层的金属导体贴片以及地平面即可形成。甚至，中间的介质也可以是空气的结构。较为典型的微带贴片天线是制作在印刷电路板(PCB)上，利用影印方法将精细线路结构蚀刻在导电金属层上的。由于PCB材料是微带贴片天线及其天线阵列的重要组成部分，所以在设计微带天线时需认真考虑PCB材料的特性，包括贴片和地面的导电金属铜箔类型。同时，PCB的制造工艺中由于线路公差也会影响微带贴片天线的性能;制造工艺中可能额外增加的PCB的成份(如表面处理镀层)也会影响性能。了解PCB材料如何协同及如何通过制造工艺形成最终设计要求，有助于实现微带贴片天线或阵列的预期设计目的，特别是在毫米波频段。

微带贴片天线的尺寸与频率成反比，频率越高，贴片尺寸越小。由于这种关系，在频率较低时波长较长，微带贴片天线就会因为尺寸过大而不太实用。一般情况下，微带贴片的矩形长度L为工作频率的波长的1/2，即L=~λ/2。当频率低于500MHz时贴片的长度就很大。如频率在100MHz时，谐振是微带贴片长度接近1m，此时就需要很大的PCB尺寸。频率越高，贴片尺寸会越小，特别是对于微波/毫米波频率下的应用与其他电路一起集成到PCB板上则更有意义。当所需天线的增益和方向性高于单个贴片性能时，可设计各种贴片阵列天线。

选择PCB材料进行微带贴片天线的设计时应考虑PCB材料“成份”的影响。材料“成份”包括如介质材料本身、金属铜箔类型、最终表面镀层等对影响天线和电路的性能和特性。例如，介质材料的介电常数可影响贴片的尺寸(波长的~1/2)，介质材料的厚度也影响了天线辐射的电磁(EM)场分布。

微带贴片天线的辐射机理实际上是高频的电磁泄露，矩形贴片通过的纵向边缘或“L”方向的泄露产生辐射EM场(矩形贴片的宽度方向或“W”方向没有EM场)。PCB的最终表面镀层对于这些从贴片边缘辐射的EM场有很大影响。例如，由于最终表面处理镀层的导电性原因，PCB的最终导体导电特性则会变得很复杂而成为综合的导电特性。举个例子，化学镍金(ENIG)是一种广受欢迎且已经过验证的最终表面处理方式，它是将厚镍与薄金相结合一种表面处理。但是，镍是一种铁磁材料，一方面在对铜箔导体保护时也会有磁损耗;另一方面它的导电性仅是铜的1/4，特别是在频率较高时会增加电路的导体损耗且影响电路相位响应。在微带贴片天线上，ENIG的特性当然也会影响微带贴片天线产生的场强，特别是在较高的微波和毫米波频率时影响更为明显。

选择PCB导体表面处理是微带贴片天线中需要考虑的一个因素，因为表面镀层改变了贴片边缘处的导体损耗。对于ENIG，其导体边缘的导电性是由不同比例的铜、金和镍共同组成。还有其他许多PCB最终表面镀层可以通过化学沉浸工艺完成的，如化学沉锡或化学沉银。这种工艺所得镀层厚度极薄，似乎在整个电路上的厚度变化不太明显，但对于小波长信号的高频毫米波的影响也不可忽略。

可制造设计

高性能的微带贴片天线需要高精度制造工艺和高级别电路材料共同完成。虽然微带天线在较低频率下不太合适，但在较高的毫米波频率下使用是非常有吸引力的，如果天线的设计可以得到制造工艺的支持，则能在可行成本内生产出可重复的硬件。在毫米波频率下的贴片的尺寸非常小，如77GHz汽车雷达传感器的贴片天线，在此高频率和小波长条件下，材料属性的变化以及制造工艺的变化，都会对天线性能造成影响并可能发生不可接受的偏差。因此，微带贴片天线的设计不仅须考虑PCB材料的特性，还须考虑制造工艺的限制和瓶颈。

例如，理想的微带贴片的导体转角是90度直角，但是在加工中，按照设计参数将铜箔导体蚀刻成微带贴片时，一般会形成圆角。半径为2~5mils的圆角在较低频率下影响很小，但半径为3mils的圆角在毫米波频率下则会影响信号波长，从而可能会导致电磁场分布变化及微带贴片天线的辐射方向变化。虽然可利用计算机辅助设计软件(CAD)模拟对2~5mils的圆角带来的影响，但是如果制造的天线的公差与CAD工具中所述的不同，那么所模拟的性能可能也与实际性能不一致。

在77GHz等毫米波频率下，电路材料质量和制造工艺需要确保最小的变化而不给微带贴片的性能带来影响。其中之一是电路节点和互连处(如微带贴片的馈线)必须达到高度阻抗匹配(一般为50Ω)，以最小化节点处信号反射而避免电磁辐射造成能量的损失。另外，对于77GHz雷达的串馈贴片天线，通常包含多个不同的导体宽度，由于贴片天线本身的尺寸较小，导体宽度的微小变化就会显著影响天线性能。蚀刻线宽公差为±0.5mil的PCB加工能力值得推荐，但是毫米波频率下可能会对这种工艺的精度和准确度提出更高要求。当标称导体宽度是4~5mils时，±0.5mil(总共1mil)的变化可能意味着电路尺寸和性能可能发生20%或以上的变化。

了解导体和介质材料对微带贴片天线及其阵列辐射的影响，有助于预测某特定频率下的天线的增益和方向性。但是任何PCB制造工艺还必须尽可能严格控制精度以得到精细的贴片及其相关电路，否则该预测也会出现偏差。通过衡量和考虑到材料性能和制造工艺的变化，就能重复地、高效益地生产出高质量、批量的毫米波频段下的微带贴片天线和天线阵列。

任何微带贴片天线或PCB的任意高频材料，即使是性能好、可靠性高的罗杰斯的电路材料，都需要有能利用现代制造工艺进行批量生产的实用设计。虽然优质材料有助于实现高性能，但是它们也要经正确、高效地装配成为最终组件并形成实用的解决方案。为了帮助电路、部件、装置和系统设计人员更好地将高性能电路材料用于高频模拟、高速数据(HSD)和混合信号电路，罗杰斯公司正在编写一本有关这些应用的电路材料特性，以及如何以最好地将材料转化为实用的部件和电路解决方案(如微带贴片天线、天线阵列)的技术应用电子白皮书。该电子白皮书将探索适用于商业、工业、医学及其他高可靠等行业使用的电路材料，并为选择正确的材料提供建议和“制造设计”指南，以将此类材料转变为毫米波频率及其它频率下实用的产品解决方案。

发送到邮箱 |
+1 赞 0
收藏
评论 0
| 转发至：

本文由拾一转载自罗杰斯先进电子解决方案公众号，原文标题为:#ROG Blog#第146期 | 影响微带贴片天线性能的一些因素，本站所有转载文章系出于传递更多信息之目的，且明确注明来源，不希望被转载的媒体或个人可与我们联系，我们将立即进行删除处理。

全部评论（0）

暂无评论

解析超声PCB电路板的特点

超声PCB电路板是一种特殊的印刷电路板，用于超声波设备和系统中。它具有以下特点：高频性能、低噪声、高精度布局、良好的接地和屏蔽、耐用性、特殊材料。超声PCB电路板在设计和制造上需要考虑到高频、低噪声、高精度等因素，以确保超声波设备的正常运行和性能表现。

技术探讨发布时间 : 2024-08-10

浅析高温对线路板材料的影响

随着电路板集成的密度越来越高，电路设计变得更小更轻，各种不同来源的热源，以不同方式影响电路性能，PCB材料的选择从成为完成好的电路设计的关键步骤。

技术探讨发布时间 : 2016-09-23

什么是电路板pcb电镀挂具？

PCB电镀挂具是一种用于电路板制造过程中的工具。在PCB(Printed Circuit Board，印刷电路板)制造过程中，需要进行电镀处理以增加导电性能。电镀挂具是用于将PCB板材悬挂在电镀槽中的装置，通常由耐腐蚀材料(如特殊塑料或不锈钢)制成，以确保其在电镀过程中能够有效地承受化学液体和高温。

技术探讨发布时间 : 2024-06-20

Rogers（罗杰斯）是全球性的制造企业，总部设在美国。从1832年成立之初公司作为纸板生产商到现在，罗杰斯已经发展成为世界领先的特殊材料供应商，涵盖众多高技术设备和系统。作为材料技术领域的世界领先者，通过提供先进的材料技术、应用知识和全球化生产及设计协作，推动着材料领域可靠性、效率和性能的持续突破。

微波层压板覆铜板铜箔半固化片高频层压板高频PCB材料 VLP铜箔 LOPRO铜箔热固型半固化片 PPE半固化片

授权代理商 - 世强先进（深圳）科技股份有限公司线上商城技术资料

展开

罗杰斯高频层压板RO3003G2，77G汽车雷达PCB材料的选择

毫米波雷达技术正逐渐扩展到民用领域，如汽车驾驶辅助系统的雷达传感器。其中77G毫米波雷达是汽车前向的主流方向，主要应用于前向防碰撞、自动巡航。77G毫米波雷达频率已经达到E波段，对PCB材料损耗因子和介电常数稳定性等特性都有极为严苛的要求。罗杰斯公司在RO3000系列PTFE材料基础上开发了RO3003G2高频层压板，适用于77G汽车毫米波雷达传感器设计。

设计经验发布时间 : 2023-12-30

【失效分析】标准IPC-TM-650下的电路板PCB＆PCBA金相切片测试

在电子制造行业，IPC-TM-650是一套标准测试方法手册，它为测试印刷电路板（PCB）和其他相关材料提供了详尽的指导。这些测试方法涵盖了从电气测试到环境适应性测试的各种项目。对于金相切片而言，这些测试非常关键，因为它们帮助分析和评估PCB内部结构的完整性和质量。

设计经验发布时间 : 2024-09-27

如何使用PCB材料的设计Dk（介电常数）

介电常数Dk是印刷电路板材最重要的参数之一，电路设计者依靠它来确定微带电路的阻抗和物理尺寸。

设计经验发布时间 : 2016-02-02

【选型】如何为Ku波段卫星通信设备选择合适的PCB材料

罗杰斯公司针对Ku频段的卫星通信应用，提供高性价比RO4350B和高性能RO3003两种PCB材料解决方案。RO3003适用于性能要求较高的国防和航天级的Ku波段卫星通信应用；RO4350B可用于对成本要求较高的民用级Ku波段卫星通信设备。

器件选型发布时间 : 2019-01-22

【产品】适合于5G微波/毫米波功率放大器的高频电路PCB材料

为了提供5G放大器所需特性的电路材料，本文推荐Rogers（罗杰斯）公司两种不同厚度和特性的材料作为不同频率范围应用示例。对于6GHz及以下频率的5G功率放大器，厚度为20mil和30mil的陶瓷填充的电路材料，RO4385™是较好的选择。另对于毫米波频率下的5G功率放大器，厚度为5mil和10mil的RO3003™层压板就是非常合适的选择。

新产品发布时间 : 2018-08-16

PCB行业向产品高端化与企业规模化趋势发展

在全球化背景下，中国成为PCB生产大国但面临高端技术瓶颈，企业规模较小且竞争激烈。PCB产业面临上游材料短缺、价格压力及进口依赖等问题。捷多邦认为中国PCB将向高端化、规模化发展，看好中国继续主导，并推荐深南电路等研发实力强的企业。同时，建议关注上游细分领域技术有望突破的上市公司，如中材科技等。需注意产能投放、技术替代及市场风险。

行业资讯发布时间 : 2024-08-01

金属覆铜板和FR-4在材料组成、性能特点以及应用领域上的差异

金属覆铜板和FR-4是电子行业中常用的两种印刷电路板（PCB）基材。它们在材料组成、性能特点以及应用领域上各有差异。选择金属覆铜板还是FR-4，主要取决于产品的热管理需求、设计复杂性、成本预算以及安全性要求。本文捷多邦对这两种PCB基材的区别进行了分析比较。

设计经验发布时间 : 2024-05-21

【应用】罗杰斯最新高频层压板RO3003G2，77G汽车雷达PCB材料的最佳选择

77G毫米波雷达是汽车前向的主流方向，主要应用于前向防碰撞、自动巡航。罗杰斯公司在RO3000系列PTFE材料基础上开发了RO3003G2高频层压板，适用于77G汽车毫米波雷达传感器设计。

应用方案发布时间 : 2019-01-25

PCB材料最低工作温度是？

常规PCB数据手册只有到-50度参数，也可以工作在-50度以下，但没有相关测试数据支持，具体参数请参考ROGERS选型指南Rogers（罗杰斯）高频印刷线路板材料选型指南

技术问答发布时间 : 2019-12-15

工业4.0“成本杀手”的超级散热PCB，导热系数是FR-4的4~8倍

在自动化控制、变频伺服、无线通信三大工业解决方案相继推出之后，世强再次点击电子元器件和设备的制造焦点——散热管理。ROGERS高导热PCB材料92 MLHF导热系数是标准FR-4（环氧树脂）的4到8倍！通过优化Z轴（导热系数为 2W/M.K）热传递，可让温度再降低30 ℃到35 ℃（视具体设计）；内置 ¼ 砖 DC-DC 转换器，至少提升了15%的功率输出。

应用方案发布时间 : 2016-03-06