PCB天线的基材选择

时间： 2016-02-11 来源：微波杂志

技术问答

PCB天线必须在小巧的封装内提供强大的性能，特别是对现在的固定和移动终端。在某些情况下，PCB天线必须提供高增益、轻量化或处理很高的功率电平。电路层压板材料的选择，对PCB天线的尺寸和性能有重要的影响，例如在射频和微波频段上实现最高增益。

PCB天线是一面或两面覆有铜箔、由介质材料构成的层压板上制造而成。介质材料可能含有玻璃纤维、陶瓷或其它填充料，以改善电气和机械稳定性。可以在层压板的一面或两面，或者利用多层层压板材料来制作PCB天线。如果采用多层层压板设计PCB天线，则通常利用绝缘层中的镀通孔来实现导体层的电气连接。

如何为PCB天线选择合适的层压板，这需要深刻理解PCB天线的应用要求，包括电气性能、尺寸和重量，而且懂得如何根据其性能参数，对不同的材料进行对比。基材的参数包括介电常数、损耗因子和热膨胀系数，用于制造PCB天线的基材介电常数一般在3.0到10.3范围内，以基材的z轴或厚度上测得值为准。

采用低介电常数的材料来制作PCB天线，通常也意味着使用能够提供更高天线增益的低损耗材料。但是，低介电常数也会影响天线尺寸。天线在谐振频率上工作，这通常是在指定频率的部分波长上构建微带线或带状线谐振结构来实现，谐振结构的尺寸相当于完整的波长，这与基材的介电常数有关。在特定频率下，介电常数越高的材料，可实现的谐振结构尺寸越小。然而更高介电常数代价是提高损耗因子，这就降低了天线增益。对于大型天线，整个基材的介电常数应尽可能一致，因为介电常数的偏差会直接影响天线在工作带宽内的阻抗，幅度和相位。也可以利用介电常数热系数来评估温度变化时，基材介电常数的稳定性。

在设计高功率电平下工作的电路时，通常需要考虑热膨胀系数CTE和导热系数。由于CTE值是在三个方向测得，而铜箔压合在基材上，因此在x轴和y轴方向上的CTE值应该尽可能接近铜的CTE值。在基材的z轴方向上，CTE值应该尽可能低，以确保多层天线结构中PTH连接结构的稳定性。可以根据导热系数来比较不同层压板材料将电路产生的热量传递和消散至外壳、散热器等结构的能力。

对移动基础设施网络，天线重量是一个不容忽视的问题。世强代理的罗杰斯公司的RO4730 Lopro天线级层压板是专门针对天线应用打造的产品，不仅拥有低介电材料的诸多优点，而且不会像一般的PTFE层压板那样加重天线重量。RO4730 Lopro材料的介电常数是3.0，采用中空玻璃球作为填充材料，相比于玻璃纤维强化型PTFE层压板，重量减轻了30%。此外，该材料还具备了低损耗、低失真品质和低铜箔粗糙度。

这种低密度热固型树脂材料拥有一项在天线设计中越来越受重视的材料特性：无源互调性能（PIM）。从实质上讲，PIM是现代无线通信信号中使用的多信号载波类型混合调制效应造成的寄生信号失真量。高性能天线材料的PIM值极低，在1900MHz频率上，以43dBm信号强度进行双频测试中，RO4730 Lopro层压板表现出高于-154dBc的PIM性能。这种层压板采用反转处理的电解铜箔和专用表面处理，将铜箔牢牢地粘合在热固树脂介质材料上，从而实现出众的性能。

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全部评论（3）

王学峰 Lv5 2018-11-10

合格
明释 Lv5. 技术专家 2018-11-08

学习
凌绛仙 Lv6. 高级专家 2018-10-22

学习了，设计时很有用

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