插损太大？您是否做对了这些！

图9、微带线与紧耦合GCPW传输线插损仿真比较

对于选定的电路材料，铜厚不同也会导致GCPW传输线的插入损耗存在差异，这是因为GCPW结构中电磁场分布的原因。在GCPW电路结构中，电场既从顶层中心导体指向底层地面，也会从中心导体侧壁指向顶层的接地面来形成回流路径。当选用的铜箔更厚时，指向侧壁的电场路径将经由更多空气到达两侧接地面。相比于介质，空气损耗很低，因此此时相同电路下厚铜GCPW电路的总的损耗相对薄铜更小。同样，GCPW的接地间距s的大小也影响电路的插入损耗值。尽管接地间距小时利用空气更多，但此时导体宽度会变窄，导致导体损耗增加，结果相同电路下的总的损耗会增加。图10显示了基于10mil RO4835^TM相同铜箔、不同铜厚和接地间距下的GCPW传输线的电路结构剖面图，并比较了它们的插入损耗情况。

图10、GCPW接地间距和材料铜厚的插入损耗比较

当在GCPW电路导体表面应用表面处理工艺时，其插入损耗的变化与微带线有所不同。以ENIG表面处理为例，如上节所述，微带线的插入损耗会由于ENIG表面处理而增加。基于8mil RO4003C标准ED铜材料上设计的50?微带线，其应用ENIG的电路在50GHz的插入损耗比裸铜是高约0.7dB；而基于同样电路材料设计的50? GCPW电路，其ENIG的电路在50GHz是插入损耗比裸铜高达1.1dB，如图11所示。应用ENIG的GCPW电路具有更高的插损不仅是由于如微带线一样，导体表面的镍层导致导体损耗的增加；同时电场回流路径由中心导体至顶层接地面时会再经由接地面表面的镍层，进一步导致了插损的增加。

图11、微带线与GCPW，裸铜与表面处理ENIG的插入损耗

结论

因此，电路的插入损耗受到多方面因素的影响。选择更低介质损耗和低铜箔表面粗糙度的电路材料有利于降低电路总的插入损耗。选择较厚的电路材料有利于减小相同铜箔表面粗糙度条件下对插入损耗带来的影响；但如果电路应用于毫米波频段时，就需要权衡介质厚度导致线宽更宽引起的杂散和辐射损耗的影响。同时，在电路设计和加工时，不同的电路结构以及使用不同的电路表面处理方式都将对电路总的插入损耗产生影响。全面考虑电路总的插入损耗的影响因素，选择合适电路材料、设计和加工可将电路的插入损耗降至最小，实现最优的电路设计。

作者：罗杰斯公司 技术市场工程师 袁署光

参考文献

[1] E. Hammerstad and O. Jenson, "Accurate models of microstrip computer aided design," 1980 MTT-S International Microwave Symposium Digest, May 1980,pp. 407-409.
[2] Allen F. Horn, John W. Reynolds, and James C.Rautio, "Conductor Profile Effects on the Propagation Constant of Microstrip Transmission Lines," IEEEMTT-S International Microwave Symposium, 2010.
[3] John Coonrod, "The Effects of PCB Fabrication on High-Frequency Electrical Performance", 2015 IPC APEX EXPO Conference Proceedings.
[4]John Coonrod, "Managing Circuit Materials at mmWave Frequencies," Microwave Journal, Vol. 58, No. 7, July 2015.
[5] A.F. Horn III, J.W. Reynolds, P.A. LaFrance, J.C. Rautio"Effect of conductor profile on the insertion loss, phase constant, and dispersion of thin high frequency transmission lines", DesignCon2010.

本文刊登于MWRF旗下《微波射频技术》杂志 2017微波技术专刊，未经允许谢绝转载。