插损太大？您是否做对了这些！

损耗。一般来说，当电路工作频率对应的趋肤深度小于或等于铜箔的表面粗糙度时，表面粗糙度的影响将变得非常显著。如图5，在5mil Rogers RO3003^TM的相同电路材料上设计微带线测试其插入损耗。在频率<1GHz时，趋肤深度2.09um，大于标准电解铜粗糙度1.6um和压延铜0.3um，两种铜箔的电路的插入损耗差并不明显；而当频率逐渐升高时，此时标准电解铜与压延铜的插入损耗表现出显著的差异。因此，选择低粗糙度的铜箔有利于降低插入损耗，特别是在微波毫米波频段趋势更加明显。

图5、基于5mil RO3003^TM的同一电路，不同铜箔的插入损耗比较

介质厚度

电路材料的介质厚度也对电路的导体损耗产生影响。图中数据曲线是通过罗杰斯公司基于Hammerstad和Jenson模型开发的MWI应用软件仿真得到。该软件可以准确计算微带传输线的阻抗和插入损耗值，其仿真结果与实测值十分吻合。该程序可以从罗杰斯主页(www.rogerscorp.com)上免费下载。

图6、基于RO4835^TM的不同厚度下各损耗随频率变化

从图6中可以明显的看到，基于6.6mil, 10mil, 30mil不同厚度的Rogers的RO4835^TM热固性材料上的50?微带线，导体损耗在6.6mil时最大，30mil最小；从而导致相同频率的电路总的插入损耗值也随着介质厚度增加而减小。

这种由于厚度不同引起的导体损耗变化的原因一方面是由于不同厚度下的相同50?微带线的线宽不同导致。另一方面铜箔粗糙度在不同厚度的相同材料上对导体损耗的影响也存在差异。

为进一步验证铜箔粗糙度对插入损耗在不同厚度上的影响，选取Rogers RO3003^TM电路材料设计50?微带线进行研究测试。如图7所示，选取5mil和20mil的RO3003^TM材料的标准ED铜和压延铜上分别制作成相同电路。可以看到在25GHz时，基于5mil厚度的标准ED铜和压延铜电路插入损耗之间的差为0.35dB/inch；而基于20mil厚度的标准ED铜和压延铜电路插入损耗之间的差异仅为0.1dB/inch。由于在相同材料厚度上的50?微带线具有相同的导体宽度，由线宽引入的导体损耗是相同的。所以在相同材料上，铜箔粗糙度在薄的介质材料上的插损影响比在厚的材料上更大，在这个例子中增加了0.25dB/inch。

因此，选取更厚的电路材料可以降低相同铜箔粗糙度条件下对于插入损耗的影响。但越厚材料会有越宽的线宽，对于微波及毫米波的电路应用，较宽的线宽容易产生不必要的杂散信号，影响信号的传输。因此需要对材料厚度及铜箔粗糙度进行权衡。

图7、基于RO3003^TM的不同厚度下铜箔对插入损耗的影响

表面处理工艺

最终的电路都需要经过电路加工形成。电路的插入损耗也受电路加工中其他附加材料的影响，如电路的不同表面处理工艺。电路的表面处理对PCB电路加工是非常必要的。它不仅能够为元件焊接提供光滑可焊的表面，同时也为PCB的铜导体提供了保护。然而，大部分PCB表面处理材料的导电性都比铜箔的导电性差。导电性越差产生的导体损耗越高，从而电路的插入损耗也越大，特别是对宽带、高频电路更加明显。

在PCB的表面处理工艺中，常用的几种表面处理工艺包括阻焊油墨(Solder mask)、有机保焊膜(OSP)、化学沉锡、化学沉银、化学镍金(ENIG)等。阻焊油墨是一种高损耗的材料，其损耗因子为0.02；同时，阻焊油墨通常具有较高的吸水率，它也将导致电路插入损耗的上升。化学沉银是一个例外，银是一种良导体，但由于价格昂贵作为表面处理通常是非常薄的一层，基本不会引起损耗的增加。化学镍金中由于镍的导电性比铜差，且由于趋肤效应，在高频频段时电流将沿着导体的表面传输，导致电流将完全覆盖镍层和薄金层，如图8a。从而使得ENIG表面处理的电路会比使用裸铜的电路的插入损耗大很多。图8b给出了基于5mil RT/duriod®6002材料1/2oz压延铜的不同表面处理工艺相同微带线电路的插入损耗实测数据比较。

图8、表面处理工艺对插损的影响（a. 化学镍金剖面图，b. 多种不同表面工艺的插损比较）

电路结构

射频电路工程师往往需要选用某种PCB电路技术，如微带线、带状线或接地共面波导(GCPW)等来进行信号的传输。不同的电路传输技术对于最终的插入损耗也存在差异。微带线是最为简单的一种传输技术，但在高频毫米波频段时微带线由于辐射损耗而导致插损显著增加。带状线是用于微波毫米波频段的PCB传输线的一个极好选择，但电路加工过程稍显复杂。GCPW传输线技术的是中间导体、两侧接地面的电路结构，这种结构使其比微带线在毫米波频段有较小的辐射损耗，电路加工又比带状线简单。

图9显示了基于20mil Rogers RO4835^TM材料的微带线与GCPW紧耦合电路均为裸铜时的插入损耗仿真结果。当频率较低时，微带线与GCPW辐射损耗都很小，而GCPW紧耦合电路由于导体线宽更窄导致更高的导体损耗，因此微带线相比GCPW有更低的插入损耗值；当频率较高时，微带线的辐射损耗显著增加，而GCPW的辐射损耗仍然很低，此时GCPW总的插入损耗就更低。