【无线射频工艺】-电路图形精度在毫米波电路中的重要性

1/1电路图形精度在毫米波电路中的重要性在过去的几年里，毫米波（mmWave）应用稳步增长。这种增长也来自于半导体行业带动，可量产具有良好毫米波性能的芯片。随着毫米波应用的增加，电子工业的许多方面，包括PCB行业，都不得不进入一个快速学习过程。总的来说，电路板的质量对毫米波应用的重要性要远远高于低频电路。详细地说，这些问题主要涉及电路图形的全都性，例如导体线宽、外形和间距以及基板厚度、铜箔厚度和表面处理等等的全都性。

由于波长的缘由，毫米波电路对加工的电路图形精确     度特别敏感。信号波长指是沿着波的传播方向，相邻两个相位相差2的之间的距离。例如在介电常数为3.0的层压板制作一个微带线电路，在2.3英寸的长度内，该电磁波相位刚好360度变化，2.3英寸的长度就是电路中的信号波长，该相位变化也被称为"相位角'。若波的传播中遇到0.023英寸的特别，那么该特别相当于波长的1%或约3.6度，相对于波长而言，这么小的特别对信号几乎没有影响。但是，在毫米波频率下则不一样。例如在77GHz频率下，信号的波长约为0.095英寸左右，若该信号的路径上同样消失了0.023英寸的特别，那么该特别相当于波长的24%或87度左右。该24%的特别状况则可能影响整个波的传播，造成波形畸变和其它不必要的性能影响。

另外，在毫米波频段，电路结构中使用的PCB高频材料通常较薄。薄层压板意味着需设计较窄的导体宽度才能得到如50欧姆的特定阻抗。对于大多数低频应用来说，0.5mil的导体蚀刻公差通常是可以接受和足够的；但是对于毫米波电路，该公差可能不足以得到良好和全都的RF特性。这是由于在窄导体上，总变化量为1mil引起的阻抗变化相对于宽导体来说更大。汽车雷达传感器的天线阵列区域的一些阻抗匹配网络的导体宽度仅有5mil。从5mil到6mil的1mil变化就会产生约6的阻抗差。但是，当在低频段使用厚基板的电路中，1mil的导体宽度差或许只产生不到1的阻抗差。电路加工过程中的许多方面都会转变电路阻抗，而对于从事毫米波电路加工的PCB厂来说，能够做到优异的蚀刻精度掌握将会是一个重要优势。

有多种不同的RF平面传输结构可以在毫米波电路中被采纳，其中微带线结构是RF性能受电路加工过程的正常变化的影响最小的传输线。微带线结构相对简洁，通常在RF多层板的表面两层，比如顶层信号线而接下来的其次层就是地层。另一个常用结构是接地共面波导（GCPW）。该结构也是一个双层电路，但是顶层信号有三个铜箔区域，通常被定为"地/信号/地'。该结构特别有利于在毫米波频段下最大限度地削减某些不必要的波特性，但是电路加工过程中的正常变化对这种结构的影响相对越大。

GCPW结构中的"地/信号/地'导体之间的间隙特别重要。若该间隙变化较大，则会造成电路的RF性能变化也较大。不过，实际状况要简单得多。在顶层信号层上，位于信号导体两侧的相邻地之间存在强电场。从横截面上来看，若导体侧壁竖直，那么空气中将有较多电场。但是，若是梯形导体，则空气中的电场会削减，基板中将增加。间隙中空气的这些电场的差异会影响信号波的有效介电常数。空气的介电常数大约是1，当电场较多在空气时，信号传播的有效介电常数会降低，从而影响RF电路特性。在毫米波频段下这种状况尤其明显。为了使GCPW在毫米波频段下有更稳定的RF性能，导体宽度和间距的掌握是很重要的，同时，保证导体外形全都也特别重要。

为了获得导体宽度、间距和外形的全都性，电路加工过程中有许多需要考虑的事项。对于导体外形全都性来说，使用加成法的显影和刻蚀工艺通常比减成法更好一些。但是，对于导体的梯外形来说，即使使用加成法也会有一些顾虑。使用减成法时，导体外形通常是翻转的梯形而也会有相同顾虑。

另一种方法有助于导体外形全都性和蚀刻精度掌握的措施是使用薄铜箔。薄铜箔可以削减梯形外形，使导体宽度和蚀刻间距更易于掌握。罗杰斯公司有多种可用于毫米波频段的高频电路材料，均可供应1/4盎司（9m）厚度的铜箔选项。使用这种超薄铜箔的层压板更利于PCB板厂获得更全都的导体外形、宽度和间距等特性。

电路图形的变化和微小特别对于低频电路通常是可以接受的，但毫米波电路的性能对电路图形的变化和微小的电路特别敏感