无损耗印制电路板参数仿真和有损耗印制电路板

理论

介电常数与衰减系数是高频印制电路板中最重要的两个参数。其中，介电常数决定了电路的特性阻抗及信号在板级的传播速度，而衰减系数则与信号传输的能量损耗如介电损耗等参数相关。在仿真和测试中常用1/2波长终端耦合串联谐振法或1/4波长开路谐振腔法来获得高频印制电路板的这两个参数。

1/2波长终端耦合串联谐振法或1/4波长开路谐振腔法是高频印制电路板中仿真介电常数与衰减系数最基本也是最准确的两种方法。

1/2波长终端耦合串联谐振法

在微带传输线中，工程师常利用1/2波长终端耦合串联谐振法来获得印制电路板的介电常数，下图所示为用于测试的1/2波长终端耦合串联谐振微带线。

其中，l1和l2为微带线谐振长度（l1和l2成整数倍关系）。微带线间隙是为了隔离低频信号，而高频信号在通过微带线时会产生信号耦合而发生谐振现象，从而测得其谐振频率，由以上微带线模型可得到以下公式：

式中，n1、n2为谐振频率的第几次谐波；为两段谐振频率的波长；lc为长度修正因子。

为等效介电常数，为印制电路板的相对介电常数。

有载品质因数和空载品质因数如下所示：为谐振频率时的微带线插入损耗。

最终可得传输线衰减系数α0，单位为dB/length

1/4波长开路谐振腔法

如图所示为1/4波长开路结构的50Ω微带传输线。对于1/4波长传输线来说，该波长信号通过时会产生很大的插入损耗。通过测量比时信号的3dB带宽（f1,fh）及实际1/4波长开路传输线长度l，就可以利用下式获得传输线的有效介电系数。

式中，；c为真空中的光速。

同样定义有载品质因素和空载品质因素，带宽为BW=fh-f1,，式中LA为谐振频率时的微带线插入损耗。

实验目的

建立一个工作频率为600MHz的1/4波长开路谐振腔版图及可供调用的仿真元件模型。

在原理图中调用1/4波长开路谐振腔元件模型进行仿真，并计算其介电常数与衰减系数。

实验步骤

无损耗印制电路板参数仿真

1、新建一个“quad_wave_600M”的版图。

2、绘制1/4波长开路谐振腔版图，插入长68.8mm、宽1.4mm的长矩形和一个纵向60mm、宽1.4mm的矩形，在纵向添加两个Port

3、新建一个Substrate，这样的参数

4、进行仿真，仿真之后生成symbol，步骤前面有，仿真结果如下

5、建立一个“quad_wave_600M_sim”的原理图，并完成下面的电路和0.52~0.72GHz的S参数仿真设置。

6、仿真结果如下图所示，和版图仿真一样。

7、标注谐振点和3dB点，插入公式计算介电常数和衰减系数

有损耗印制电路板参数仿真

1、将之前的版图另存为“quad_wave_600M_loss”，新建一个Substract，并新建一个导线材料

厚度设置为0.04

2、生成“symbol”，在原理图中修改版图模块，进行仿真

3、计算介电常数和衰减系数

可以发现衰减系数有明显减小，这也验证了在实际情况下导体损耗造成的衰减。

最后这里补充一下，从原理图自动生产Substrate的步骤，之前我没有找到的。