【技术】如何使毫米波PCB天线性能与仿真设计模型更加匹配

时间： 2022-12-30 来源：罗杰斯先进电子解决方案公众号

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随着频率扩展到毫米波频段（mmWave），往往仿真模型的设计结果与实际电路测量之间的数据较难一致。基于这一难题，罗杰斯公司在技术讲座中与大家充分交流了「如何使毫米波PCB天线性能与仿真设计模型更加匹配」的话题，本文为大家推送精选问答。

提问Qustions&解答Answers

Q：请问40GHz微带线推荐什么板材？

A：这里更多的得基于您在40GHz下的设计和对指标的要求，比如对插入损耗的要求。罗杰斯有多种PCB材料，如RO4835™/RO4835T™， RO4835IND，RO4830™，RO3003™和RO3003G2™等均可以用在40GHz甚至更高的频率的应用中。

Q：RO3003G2材料的性能提升主要是基于铜箔的变化吗？

A：RO3003G2材料是基于RO3003材料基础上做的优化，其在介质填料和铜箔均做了优化。介质填料性能更稳定，大小更均一，一致性更高，同时也使得可以设计更小的微孔；铜箔也做了优化，采用了更光滑的铜箔。从这些方面提升了材料的一致性和可靠性。

Q：请问Patch天线设计依据上面哪种设计Dk测试方式的值来进行设计？

A：因结构的不同，微带Patch天线可以以实际微带天线测试得到的Dk值进行设计。以5mil RO3003G2材料为例，如果设计77GHz的微带贴片天线，建议设计Dk值使用3.02。

Q：请问具体仿真的时候，怎么把这种铜箔粗糙度加入仿真？

A：具体仿真时，可以在软件模型中设置将铜箔粗糙度带入一并进行仿真。比如以HFSS为例的话，在将电路铜箔设置为有限导体边界，在其中的粗糙度模型中填入相应的铜箔参数即可。

Q：下方展示的电路的损耗跟S参数有对应关系吗?是否损耗越大，S参数也越差？

A：电路的损耗属于电路的固有特性，受到比如介质材料，导体，表面处理等的影响。S参数是电路性能的一种表现。两者之间因果关系不同。但是当我们看到电路上的S参数特别是回波非常差的情况下，其信号更多的被反射，会造成电路的损耗更大。

Q：RO3003材料与RT/duroid®5880材料相比有什么优势?吸湿性是否有差异？

A：RO3003G2材料的介电常数是3.0，而RT5880材料的介电常数是2.1。如果不对比介电常数的话，RO3003G2在X/Y/Z方向的热膨胀系数要小很多，其中X/Y方向RO3003G2的热膨胀系数与铜很接近，所以材料自身基本没有涨缩。而RO3003G2在Z轴方向的热膨胀系数远远低于RT/duroid5880材料，这极大地提高了电镀孔的可靠性。

RO3003材料是PTFE树脂混合大量陶瓷填料，而RT5880材料则是接近于纯的PTFE树脂。他们吸水率都很低，差异不大。但RO3003材料因为添加大量陶瓷填料，其介质中存在微观多孔性的现象，它会吸收一些表面能量低的溶液，如溶剂、酒精等。而RT5880材料不会有类似的现象。

Q：频率为35G的应用，有高低温一致性要求，推荐哪种板材？

A：罗杰斯材料在高低温下均具有较好的性能，我们用TCDk这个参数来表征。通常来说，<50ppm/℃的TCDk就具有较好的高低温性能。35GHz的应用，可以选择RO4000系列的材料;如果要求更高，可以选择更小的TCDk的材料，如RO3003材料，其TCDk值为-3ppm/℃。

Q：考虑毫米波段损耗以及膨胀系数，板材有推荐配套的固化片选型吗？

A：在毫米波应用中推荐使用SpeedWave™ 300P和RO4450T™半固化片。两个半固化片都是热固性的材料，易于加工。SpeedWave 300P材料的Dk是3.00，Df 0.002附近。RO4450T材料的Dk 3.5附近，Df 0.0037，都具有较好的射频性能。

Q：镀金的损耗还没有裸铜的损耗好？

A：是的。所谓的镀金，实际是化学镍金，是在铜箔的表面要先镀一层镍，再镀非常薄的一层金层。由于镍的导电性差，镍层的存在就会增大插损，从而导致电路总的插损比裸铜的要差。

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