不同阻抗設計對諧振環設計Dk的影響考察

朱泳名 葛 鷹

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

0 前言

隨著5G技術的發展，越來越多的終端、PCB和材料廠商都開始關注設計Dk這一指標。諧振環評估設計Dk的方案也隨著需求的增加而慢慢的有了更多的應用。目前已在5G天線、射頻功放網絡等等領域開始使用。但是由于各家終端所使用的設計不同，疊層不同等因素，很多時候如果在不同的設計下套用相同的諧振環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計出發，評估考察了不同的過孔設計和線寬設計對諧振環設計Dk的影響，目的是為了得到更準確的設計Dk，也可以為成品板的Dk一致性監控提供參考。

1 實驗考察

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的設計，有的會使用Dk3.3的設計，甚至于有的終端還會使用不同介質厚度的板材，所以最終的這些不同點都需要使用不同的線寬來達到阻抗匹配設計的要求。本文在同一塊0.75 mm（30 mil）厚度的覆銅板上設計了不同的圖形，人為的將阻抗調整至40Ω、50Ω和60Ω，以此來對比不同阻抗設計對設計Dk的影響。實驗方案如表1。根據實驗設計，加工圖形如圖1所示。

需要注意的是基于諧振環的實驗原理，如果更改設計的線寬，也需要保證信號傳輸路徑的一致，否則就無法達到實驗的效果。信號路徑一致指的是諧振環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半徑為14.1 mm。加工完成后使用網絡分析儀進行測試得到諧振頻率如圖3所示。

通過諧振頻率結合諧振環計算公式（見式1和式2），得到設計Dk如表2。

表1 不同阻抗設計考察方案

圖1 不同線路阻抗設計諧振環圖形

圖2 諧振環中心線設計示意圖

圖3 不同線路阻抗設計的諧振環實測結果

表2 不同線路阻抗諧振環設計Dk測試結果

通過實際實驗可知，不同線路阻抗設計對最終的設計Dk評估會有一定的影響，在對應不同材料評估時，如果涉及到Dk的差異或者不同的介厚，應當優化圖形設計并且在相同的圖形下來進行評估。

1.2 不同過孔阻抗設計

由于不同終端的設計不同，使用的高頻連接器也會不一樣，因此會對實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，故意將過孔阻抗設計為40Ω、50Ω和60Ω，以此來考察實際應用時不同連接器帶來的接觸點阻抗差異對諧振環方法的測試設計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計不同過孔阻抗的圖形。

實際加工出來后的過孔阻抗實測結果如圖5所示。

由于加工設計的誤差，實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得到的諧振頻率結果見圖6。根據式（1）和式（2）計算得到結果見表3。

通過實際測試不同的過孔阻抗設計對設計Dk的影響只有0.018，所以在針對不同終端應用的不同連接器時可實現平行切換，當然這也需要看實際對設計Dk控制范圍的要求。

2 總結

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計對設計Dk評估的影響，結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行平行對比。從不同阻抗的過孔設計來看，它對最終的設計Dk結果影響較小，可以使用相同的諧振環方案進行平行替換。

圖4 不同類型的高頻連接器

圖5 實際加工后過孔阻抗

圖6 不同過孔阻抗的諧振環測試結果

表3 不同過孔阻抗諧振環設計Dk測試結果