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

1/2波長終端耦合串聯(lián)諧振法或1/4波長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)最基本也是最準確的兩種方法。

1/2波長終端耦合串聯(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)，下圖所示為用于測試的1/2波長終端耦合串聯(lián)諧振微帶線。

其中，l1和l2為微帶線諧振長度（l1和l2成整數(shù)倍關系）。微帶線間隙是為了隔離低頻信號，而高頻信號在通過微帶線時會產(chǎn)生信號耦合而發(fā)生諧振現(xiàn)象，從而測得其諧振頻率，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；lc為長度修正因子。

為等效介電常數(shù)，為印制電路板的相對介電常數(shù)。

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

最終可得傳輸線衰減系數(shù)α0，單位為dB/length

1/4波長開路諧振腔法

如圖所示為1/4波長開路結構的50Ω微帶傳輸線。對于1/4波長傳輸線來說，該波長信號通過時會產(chǎn)生很大的插入損耗。通過測量比時信號的3dB帶寬（f1,fh）及實際1/4波長開路傳輸線長度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。

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

實驗目的

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

在原理圖中調用1/4波長開路諧振腔元件模型進行仿真，并計算其介電常數(shù)與衰減系數(shù)。

實驗步驟

無損耗印制電路板參數(shù)仿真

1、新建一個“quad_wave_600M”的版圖。

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

3、新建一個Substrate，這樣的參數(shù)

4、進行仿真，仿真之后生成symbol，步驟前面有，仿真結果如下

5、建立一個“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)仿真設置。

6、仿真結果如下圖所示，和版圖仿真一樣。

7、標注諧振點和3dB點，插入公式計算介電常數(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Substract，并新建一個導線材料

厚度設置為0.04

2、生成“symbol”，在原理圖中修改版圖模塊，進行仿真

3、計算介電常數(shù)和衰減系數(shù)

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

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