不同阻抗设计对谐振环设计Dk的影响考察

朱泳名 葛 鹰

（国家电子电路基材工程技术研究中心，广东生益科技股份有限公司，广东 东莞 523808）

0 前言

随着5G技术的发展，越来越多的终端、PCB和材料厂商都开始关注设计Dk这一指标。谐振环评估设计Dk的方案也随着需求的增加而慢慢的有了更多的应用。目前已在5G天线、射频功放网络等等领域开始使用。但是由于各家终端所使用的设计不同，叠层不同等因素，很多时候如果在不同的设计下套用相同的谐振环图形就可能会对测试评估带来一定的误差。本文从不同的阻抗设计出发，评估考察了不同的过孔设计和线宽设计对谐振环设计Dk的影响，目的是为了得到更准确的设计Dk，也可以为成品板的Dk一致性监控提供参考。

1 实验考察

1.1 不同线路阻抗考察

就5G天线来说，由于不同终端所采用的材料不同，有的会使用Dk3.0的设计，有的会使用Dk3.3的设计，甚至于有的终端还会使用不同介质厚度的板材，所以最终的这些不同点都需要使用不同的线宽来达到阻抗匹配设计的要求。本文在同一块0.75 mm（30 mil）厚度的覆铜板上设计了不同的图形，人为的将阻抗调整至40Ω、50Ω和60Ω，以此来对比不同阻抗设计对设计Dk的影响。实验方案如表1。根据实验设计，加工图形如图1所示。

需要注意的是基于谐振环的实验原理，如果更改设计的线宽，也需要保证信号传输路径的一致，否则就无法达到实验的效果。信号路径一致指的是谐振环在改变线宽的同时不能改变沿线中心的长度，具体如图2中心虚线所示。

本文中使用的谐振环半径为14.1 mm。加工完成后使用网络分析仪进行测试得到谐振频率如图3所示。

通过谐振频率结合谐振环计算公式（见式1和式2），得到设计Dk如表2。

表1 不同阻抗设计考察方案

图1 不同线路阻抗设计谐振环图形

图2 谐振环中心线设计示意图

图3 不同线路阻抗设计的谐振环实测结果

表2 不同线路阻抗谐振环设计Dk测试结果

通过实际实验可知，不同线路阻抗设计对最终的设计Dk评估会有一定的影响，在对应不同材料评估时，如果涉及到Dk的差异或者不同的介厚，应当优化图形设计并且在相同的图形下来进行评估。

1.2 不同过孔阻抗设计

由于不同终端的设计不同，使用的高频连接器也会不一样，因此会对实际考察时的过孔阻抗带来影响（如图4所示）。

本文采用同样的Molex-73251型SMA连接器，为模拟不同连接器的影响，故意将过孔阻抗设计为40Ω、50Ω和60Ω，以此来考察实际应用时不同连接器带来的接触点阻抗差异对谐振环方法的测试设计Dk影响。为避免材料、加工因素等影响，与线宽考察一样，也是在同一张覆铜板上设计不同过孔阻抗的图形。

实际加工出来后的过孔阻抗实测结果如图5所示。

由于加工设计的误差，实际加工出来的过孔阻抗分别为42Ω、49Ω和57Ω，然后再测量不同过孔谐振环得到的谐振频率结果见图6。根据式（1）和式（2）计算得到结果见表3。

通过实际测试不同的过孔阻抗设计对设计Dk的影响只有0.018，所以在针对不同终端应用的不同连接器时可实现平行切换，当然这也需要看实际对设计Dk控制范围的要求。

2 总结

本文从不同的线路阻抗和过孔阻抗两个方面考察了不同阻抗设计对设计Dk评估的影响，结果得出线路阻抗的影响比连接器或者是过孔阻抗的影响要大。

线路阻抗的变化原因主要来自于介厚和材料本身Dk的变化，所以在使用谐振环方案考察不同材料时，需要针对性的修改图形，并且确保各材料之间进行平行对比。从不同阻抗的过孔设计来看，它对最终的设计Dk结果影响较小，可以使用相同的谐振环方案进行平行替换。

图4 不同类型的高频连接器

图5 实际加工后过孔阻抗

图6 不同过孔阻抗的谐振环测试结果

表3 不同过孔阻抗谐振环设计Dk测试结果