理論

介電常數與衰減系數是高頻印制電路板中最重要的兩個參數。其中，介電常數決定了電路的特性阻抗及信號在板級的傳播速度，而衰減系數則與信號傳輸的能量損耗如介電損耗等參數相關。在仿真和測試中常用1/2波長終端耦合串聯諧振法或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。

1/2波長終端耦合串聯諧振法或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與衰減系數最基本也是最準確的兩種方法。

1/2波長終端耦合串聯諧振法

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

其中，l1和l2為微帶線諧振長度（l1和l2成整數倍關系）。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生信號耦合而發生諧振現象，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，為印制電路板的相對介電常數。

有載品質因數和空載品質因數如下所示：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。

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，并計算其介電常數與衰減系數。

實驗步驟

無損耗印制電路板參數仿真

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

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和衰減系數

有損耗印制電路板參數仿真

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、計算介電常數和衰減系數

可以發現衰減系數有明顯減小，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Substrate的步驟，之前我沒有找到的。