無損耗印制電路板參數(shù)仿真和有損耗印制電路板參數(shù)仿真

理論

介電常數(shù)與衰減系數(shù)是高頻印制電路板中最重要的兩個(gè)參數(shù)。其中，介電常數(shù)決定了電路的特性阻抗及信號(hào)在板級(jí)的傳播速度，而衰減系數(shù)則與信號(hào)傳輸?shù)哪芰繐p耗如介電損耗等參數(shù)相關(guān)。在仿真和測(cè)試中常用1/2波長(zhǎng)終端耦合串聯(lián)諧振法或1/4波長(zhǎng)開路諧振腔法來獲得高頻印制電路板的這兩個(gè)參數(shù)。

1/2波長(zhǎng)終端耦合串聯(lián)諧振法或1/4波長(zhǎng)開路諧振腔法是高頻印制電路板中仿真介電常數(shù)與衰減系數(shù)最基本也是最準(zhǔn)確的兩種方法。

1/2波長(zhǎng)終端耦合串聯(lián)諧振法

在微帶傳輸線中，工程師常利用1/2波長(zhǎng)終端耦合串聯(lián)諧振法來獲得印制電路板的介電常數(shù)，下圖所示為用于測(cè)試的1/2波長(zhǎng)終端耦合串聯(lián)諧振微帶線。

其中，l1和l2為微帶線諧振長(zhǎng)度（l1和l2成整數(shù)倍關(guān)系）。微帶線間隙是為了隔離低頻信號(hào)，而高頻信號(hào)在通過微帶線時(shí)會(huì)產(chǎn)生信號(hào)耦合而發(fā)生諧振現(xiàn)象，從而測(cè)得其諧振頻率，由以上微帶線模型可得到以下公式：

式中，n1、n2為諧振頻率的第幾次諧波；為兩段諧振頻率的波長(zhǎng)；lc為長(zhǎng)度修正因子。

為等效介電常數(shù)，為印制電路板的相對(duì)介電常數(shù)。

有載品質(zhì)因數(shù)和空載品質(zhì)因數(shù)如下所示：為諧振頻率時(shí)的微帶線插入損耗。

最終可得傳輸線衰減系數(shù)α0，單位為dB/length

1/4波長(zhǎng)開路諧振腔法

如圖所示為1/4波長(zhǎng)開路結(jié)構(gòu)的50Ω微帶傳輸線。對(duì)于1/4波長(zhǎng)傳輸線來說，該波長(zhǎng)信號(hào)通過時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的插入損耗。通過測(cè)量比時(shí)信號(hào)的3dB帶寬（f1,fh）及實(shí)際1/4波長(zhǎng)開路傳輸線長(zhǎng)度l，就可以利用下式獲得傳輸線的有效介電系數(shù)。

式中，；c為真空中的光速。

同樣定義有載品質(zhì)因素和空載品質(zhì)因素，帶寬為BW=fh-f1,，式中LA為諧振頻率時(shí)的微帶線插入損耗。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

建立一個(gè)工作頻率為600MHz的1/4波長(zhǎng)開路諧振腔版圖及可供調(diào)用的仿真元件模型。

在原理圖中調(diào)用1/4波長(zhǎng)開路諧振腔元件模型進(jìn)行仿真，并計(jì)算其介電常數(shù)與衰減系數(shù)。

實(shí)驗(yàn)步驟

無損耗印制電路板參數(shù)仿真

1、新建一個(gè)“quad_wave_600M”的版圖。

2、繪制1/4波長(zhǎng)開路諧振腔版圖，插入長(zhǎng)68.8mm、寬1.4mm的長(zhǎng)矩形和一個(gè)縱向60mm、寬1.4mm的矩形，在縱向添加兩個(gè)Port

3、新建一個(gè)Substrate，這樣的參數(shù)

4、進(jìn)行仿真，仿真之后生成symbol，步驟前面有，仿真結(jié)果如下

5、建立一個(gè)“quad_wave_600M_sim”的原理圖，并完成下面的電路和0.52~0.72GHz的S參數(shù)仿真設(shè)置。

6、仿真結(jié)果如下圖所示，和版圖仿真一樣。

7、標(biāo)注諧振點(diǎn)和3dB點(diǎn)，插入公式計(jì)算介電常數(shù)和衰減系數(shù)

有損耗印制電路板參數(shù)仿真

1、將之前的版圖另存為“quad_wave_600M_loss”，新建一個(gè)Substract，并新建一個(gè)導(dǎo)線材料

厚度設(shè)置為0.04

2、生成“symbol”，在原理圖中修改版圖模塊，進(jìn)行仿真

3、計(jì)算介電常數(shù)和衰減系數(shù)

可以發(fā)現(xiàn)衰減系數(shù)有明顯減小，這也驗(yàn)證了在實(shí)際情況下導(dǎo)體損耗造成的衰減。

最后這里補(bǔ)充一下，從原理圖自動(dòng)生產(chǎn)Substrate的步驟，之前我沒有找到的。