隨著現代通信技術的迅速發展，低頻以及微波頻段的頻譜資源日益枯竭，越來越多的無線應用正在向更高的毫米波（mmWave）頻率拓展。例如：第五代（5G）無線蜂窩移動通信以及高級駕駛員輔助系統（ADAS）等應用，均采用了24GHz以上的頻段。但是，信號的功率通常會隨著頻率的增加而降低，因此，毫米波電路技術必須在充分利用現有信號功率的同時盡量減少信號損耗。在毫米波電路中維持信號功率不僅取決于印刷電路板（PCB）材料，而且還取決于傳輸線技術的選擇。如果充分考慮到在電路設計和制造過程中影響因素，那么，在毫米波頻率下采用接地共面波導（GCPW）傳輸線，同時配合使用低損耗的PCB材料，就可以獲得優異的電路性能。

與其它高頻傳輸線技術（如：帶狀線、微帶線）相比，GCPW電路技術具有天然優勢，尤其是在毫米波頻率下。GCPW的結構簡單明了：頂層傳輸線采用“接地－信號－接地（GSG）”結構，中間層為單層的電介質層，底層為接地層，頂層和底層的接地層通過電鍍通孔（PTH）互連。雖然GCPW不符合微帶線的簡單結構，但是GCPW比起帶狀線來說（頂部和底部均具有介電層）要簡單得多。與GCPW相比，微帶線雖然結構簡單，但會增加毫米波頻率下的損耗。在毫米波頻率下，微帶傳輸線電路比GCPW電路更容易向外界輻射能量，特別是緊密布局的電路和外殼中，存在潛在的干擾和電磁兼容性（EMC）問題。

然而，GCPW的最終性能應用還需要了解電路在實際加工影響，因為在利用各種計算機輔助（CAE）軟件仿真GCPW電路時，材料屬性的各項參數設置幾乎都是理想情況下的。所以，這些因素都可能會導致軟件的仿真結果與實際加工出來的GCPW電路實測結果之間存在一定差異，特別是對于大批量毫米波電路的設計。

即使是在加工電路之前，PCB材料的微小變化也會影響GCPW電路的性能，尤其是在毫米波頻率的小波長下，波長對這些變化非常敏感。例如，電介質材料的厚度和導體的厚度的變化會導致毫米波頻率下的GCPW性能變化。銅導體中表面粗糙度也會影響GCPW性能，任何其它電鍍層（例如制造GCPW電路的PTH電鍍層）的變化也會影響GCPW性能。

工藝處理

盡管GCPW傳輸線技術非常適合在毫米波頻率下生產一致性較高的PCB電路，但它仍然必須與高可靠性的線路板材料（如：介電常數Dk、損耗因子Df）配合使用。此外，毫米波電路的加工工藝必須是可重復的，以保證電路在大批量生產時能保持良好的一致性。加工工藝的變化可能會導致PCB性能變化。例如，用于連接GCPW電路中兩個接地層的PTH的位置可能會因電路而不同，這個細小差異也會成為性能發生變化的一個原因。

GCPW導體的形狀可能會因電路而異，從而導致所制造的GCPW電路之間存在性能差異。CAE仿真軟件在對銅箔導體進行建模時，通常會將其假設成理想的導體形狀（從橫截面視圖看是矩形）。并以此為基礎來預測給定電路的性能水平。但在實際加工時，大多數GCPW電路的表面導體加工出來是呈梯形形狀，不同電路的導體都有產生一定程度的變化。這些導體的變化會導致GCPW電路的電氣性能變化，特別是對插入損耗和信號相位角的影響，而且這種變化帶來的影響會隨著頻率的提高而增加。

由于實際導體和理想導體之間的差異，導致了實際電路（加工后導體呈梯形狀）與理想電路（矩形）的性能水平之間存在差別。由于在毫米波頻率下對應的信號波長變小，對電路異常敏感，理想的電路導體反應出的是電路有效介電常數和相關相位響應的最小變化，而標準的PCB制造工藝不可避免地存在微小誤差，這也可能會導致電路之間的性能發生變化。

另外，根據GSG結構中側壁間隔的疏密程度，GCPW電路具有不同的耦合量。一般地，相距更近的導體會產生更緊密的耦合。與松耦合GCPW傳輸線相比，緊耦合GCPW電路在共面導體側壁上具有更大的電流密度。松耦合的GCPW電路對電路制造工藝變化的敏感性更小，因為它們無法獲得額外接地而更表現得非常像微帶傳輸線電路。

任何用于制造毫米波GCPW電路的線路板材料，如羅杰斯公司的RO3003層壓板（z軸的Dk為3.00±0.04，在10 GHz時的Df為0.0010），其銅箔表面（銅箔與介質層相交處）的粗糙度將影響在該材料上制造的電路的性能，尤其是在更高頻率（如毫米波頻率）和更薄的電路中。粗糙的銅箔表面會導致這些電路插入損耗的增加和信號相速度的減慢。導體插入損耗也會受到銅箔導體的相對寬度以及導體厚度的影響。較寬的導體會表現出較小的損耗，而較厚的導體將導致GCPW傳輸線使用更多的空氣（其單位Dk值較低），以較低的損耗進行傳輸。當然，具有較高Dk值的電路材料也會帶來較慢的相速度。

金屬電鍍

制造任何類型的GCPW電路，都會涉及到對PCB材料進行電鍍。例如：在做過孔金屬化時，會在線路板材料上先鉆一些孔，將孔壁電鍍上一層銅，實現頂部和底部接地層之間的導通，在這個過程中頂層和底層的PCB銅層上也不可避免地會再次鍍上一層銅。另外，還有可能會在GCPW電路上再次進行金屬電鍍，以形成最終的表面處理電鍍層并保護銅導體。表面處理的電鍍使用的金屬導電性通常會低于銅，這會增加導體損耗并導致插入損耗增加；而且，這種鍍層表面也會影響相位響應，因此這方面的影響在毫米波頻率下是必須考慮的。

計算機軟件仿真的結果和實際加工出來的毫米波GCPW電路的測量結果之間必然會存在差異。成功實現毫米波GCPW電路大批量生產的關鍵之一是：通過特定的材料特性和特定的電路特性，將各種誤差變化做到最小化。通過了解成熟的線路板材料（例如RO3003層壓板）會如何受到不同的GCPW制造工藝的影響，就有可能建立有意義的生產性能公差標準。從而，即使對于77GHz的毫米波ADAS電路，也可以實現高良率。

責任編輯：YYX