隨著人們對(duì)電子設(shè)備移動(dòng)性和便攜性需求的日益增強(qiáng)，電路的小型化設(shè)計(jì)變得越來(lái)越重要。在開(kāi)始設(shè)計(jì)電子產(chǎn)品之前，選擇一款恰當(dāng)?shù)木€(xiàn)路板材料有助于設(shè)計(jì)出更小體積的RF和微波電路。對(duì)于給定的頻率范圍，使用較高介電常數(shù)（Dk）的線(xiàn)路板材料，通常會(huì)使電路的設(shè)計(jì)尺寸和結(jié)構(gòu)變小。但是，采用較高Dk值的板材，會(huì)導(dǎo)致電路的插入損耗增加，還有可能降低電路其它方面的指標(biāo)性能。同時(shí)， 線(xiàn)路板材料的Dk值也會(huì)影響電路的指標(biāo)參數(shù)，例如：輻射損耗、色散、耦合等。

對(duì)于給定的頻率，其介質(zhì)中的波長(zhǎng)會(huì)隨著線(xiàn)路板材料Dk的增加而減小，從而導(dǎo)致在Dk值較高的線(xiàn)路板材料上設(shè)計(jì)出來(lái)的電路尺寸要比在Dk值較低的線(xiàn)路板材料上設(shè)計(jì)出的電路尺寸更小。另外，具有較高Dk值的線(xiàn)路板材料也會(huì)降低通過(guò)這些材料中電磁波(EM)的相位速度。線(xiàn)路板材料的Dk通常采用在10GHz時(shí)，通過(guò)材料的z軸方向(即厚度方向)測(cè)量得到的值。商用線(xiàn)路板材料的z軸Dk值可以高達(dá)10以上(或更高)，也可以低至2(與空氣的Dk等于1相比)。但客觀的講，但通常Dk值為6或更高，就可以認(rèn)為是高介電常數(shù)的板材了。

采用Dk值較低的線(xiàn)路板材料制作而成的傳輸線(xiàn)具有更快的相速度。對(duì)于相位敏感電路（如相控陣天線(xiàn)）的小型化設(shè)計(jì)，就必須要考慮Dk的影響。此外，Dk值較高的線(xiàn)路板材料比Dk值較低的線(xiàn)路板材料表現(xiàn)出更大的色散性。Dk值較高的線(xiàn)路板材料通常用于定向耦合器以及其它需要較高耦合系數(shù)的電路。

就Dk這個(gè)指標(biāo)而言，線(xiàn)路板材料通常是各向異性的，盡管材料在其三個(gè)軸上的Dk值都不相同，但通常人們習(xí)慣根據(jù)材料z軸方向上的Dk值來(lái)進(jìn)行相互比較。對(duì)于具有較高Dk值的材料，電路在z軸和x-y平面之間的Dk差異，往往大于Dk值較低的材料。線(xiàn)路板材料所有三個(gè)維度上的Dk值將共同決定在該材料上制作的傳輸線(xiàn)（如微帶線(xiàn)）性能。對(duì)于許多高頻電路來(lái)說(shuō)，通常不需要考慮線(xiàn)路板材料Dk的各向異性特性，但各向異性確實(shí)會(huì)帶來(lái)一些潛在的未知問(wèn)題，特別是當(dāng)x-y平面的Dk值與z軸上的Dk值相差很大時(shí)。這種差異可能導(dǎo)致邊緣平行耦合電路產(chǎn)生意料之外的問(wèn)題，因?yàn)槠漶詈细叨纫蕾?lài)于x-y平面上的Dk值。

當(dāng)試圖使電路小型化時(shí)，最容易想到的方法是最小化線(xiàn)路板材料的厚度，但是線(xiàn)路板材料的厚度會(huì)影響高頻電路的多個(gè)指標(biāo)性能。雖然高頻電路的輻射損耗會(huì)隨著頻率的增加而增加，但較厚的線(xiàn)路板材料也會(huì)比具有相同Dk值的較薄的線(xiàn)路板材料表現(xiàn)出更高的輻射損耗。對(duì)于給定的電路布局和設(shè)計(jì)，Dk的選擇還會(huì)影響輻射損耗的大小，因?yàn)镈k值較高的線(xiàn)路板材料的輻射損耗要比Dk值較低的線(xiàn)路板材料低。

對(duì)于可能引起諧振或雜散干擾的電路（例如多層PCB中的電路之間），使用較薄的線(xiàn)路板材料是有益的。諧振雜散程度通常取決于電路中傳輸線(xiàn)的類(lèi)型，例如微帶傳輸線(xiàn)往往比其它類(lèi)型的射頻/微波傳輸線(xiàn)（如：帶狀線(xiàn)、共面波導(dǎo)CPW傳輸線(xiàn)）更容易受到諧振和傳播問(wèn)題的影響。更薄的線(xiàn)路板材料可以幫助縮小PCB的體積，同時(shí)限制輻射損耗和傳輸線(xiàn)傳播問(wèn)題，如諧振和交調(diào)。常用的工程經(jīng)驗(yàn)是：使用比電路最高工作頻率的四分之一波長(zhǎng)更薄的線(xiàn)路板材料。但更保險(xiǎn)的方法是：在厚度上選擇比最高工作頻率的八分之一波長(zhǎng)更薄的線(xiàn)路板材料。

傳輸線(xiàn)(例如微帶線(xiàn)) 的線(xiàn)寬尺寸會(huì)取決于線(xiàn)路板材料(例如電路層壓板或半固化片材料)的厚度。使用較厚基板的電路會(huì)使導(dǎo)體寬度變寬，可以降低電路的導(dǎo)體損耗和插入損耗，但這種情況下可能會(huì)產(chǎn)生一些電磁波傳播上問(wèn)題。為了選擇適用于高頻設(shè)計(jì)的線(xiàn)路板材料厚度，通常導(dǎo)體寬度也應(yīng)小于最高工作頻率的八分之一波長(zhǎng)。

線(xiàn)路板材料的Dk在決定傳輸線(xiàn)導(dǎo)體寬度方面起著重要作用，因?yàn)樵诟逥k線(xiàn)路板材料上設(shè)計(jì)的相同尺寸的導(dǎo)體，與低Dk材料上的相同電路具有更低的阻抗。因此，為了使電路保持50Ω特性阻抗，在Dk值較高的線(xiàn)路板材料上設(shè)計(jì)的線(xiàn)路就會(huì)更窄。

明智的選擇

在使用不同Dk值的線(xiàn)路板材料設(shè)計(jì)電路時(shí)，需要考慮許多權(quán)衡取舍的問(wèn)題。使用高Dk的線(xiàn)路板材料，不但可以減小電路尺寸，而且還可以通過(guò)將高Dk和低Dk線(xiàn)路板材料組合起來(lái)實(shí)現(xiàn)高性能的小型化電路。例如，由諧振單元構(gòu)成的帶通濾波器，其尺寸高度取決于線(xiàn)路板材料的Dk。因?yàn)槊總€(gè)濾波器單元之間的間距，決定了電路中受線(xiàn)路板材料Dk影響的耦合強(qiáng)度。具有高Dk的線(xiàn)路板材料提供了更強(qiáng)的耦合，并且允許濾波器諧振單元之間有更大的空間。

為了驗(yàn)證使用不同Dk值的線(xiàn)路板材料（將不同Dk值的材料組合成一個(gè)復(fù)合組件）的優(yōu)點(diǎn)，在高Dk和低Dk線(xiàn)路板的復(fù)合材料上設(shè)計(jì)了一款帶通濾波器。該濾波器采用的高Dk材料為RT/duroid 6010.2LM線(xiàn)路層壓板，其Dk值為10.7；和采用的低Dk材料為2929 半固化片，其Dk值為2.9，這兩種材料均來(lái)自羅杰斯公司(網(wǎng)址：www.rogerscorp.com)。由于不同Dk值的線(xiàn)路板材料會(huì)給電路性能帶來(lái)差異，因此需要借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬仿真，通過(guò)建模來(lái)確定兩種不同材料厚度所需的比例。這種建模方法可以幫助我們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)完美的復(fù)合濾波器，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，復(fù)合材料設(shè)計(jì)出來(lái)的濾波器，其尺寸不但保持了在單一高Dk材料上的體積大小，而且還具有改進(jìn)的電氣性能。例如：顯著減少了高次諧波諧振，同時(shí)濾波器阻帶特性也有了明顯改善。研究表明，通過(guò)在電路中使用一種以上的線(xiàn)路板材料，在不犧牲性能的情況下，電路的小型化往往是可能的。

原文標(biāo)題：選擇恰當(dāng)?shù)木€(xiàn)路板材料縮小射頻電路的尺寸

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