毫米波频段为诸如第五代移动通信（5G）与汽车防撞雷达系统的应用提供了宝贵的频谱资源。曾几何时， 60GHz及以上频段被认为频率太高，费用昂贵而不适合用于发射和接收。但是近年来，随着半导体器件与电路相关技术的发展，在汽车电子应用中，毫米波电路逐渐被广泛应用并成为众多汽车中的标配电子组件。同时，毫米波频段信号也有望用于在5G网络高速短距离的数据传输。为了设计如60-77GHz的毫米波电路，低损耗层压板以及没有“玻璃纤维效应”的层压板是电路材料的首选。那么到底什么是玻璃纤维效应？它与毫米波电路有着什么样的关系？实际上，所有的这些都与波长有关！

玻璃布和玻璃纤维被广泛用于树脂体系的PCB材料以增强层压板的机械性能。许多高频PCB材料，都是由不同的树脂和玻璃纤维布充分粘合在一起形成的。玻璃纤维在PCB材料分别沿经线向长度方向延伸，沿纬线向材料的宽度方向延伸，相互交错形成了纤维图案。这些不同材料的相对介电常数（Dk）值是不同的，于是对于PCB材料上的传输线来说，玻璃纤维与树脂结合形成了一种非均一的介质。

尽管在较低的射频信号中并不需要过分担心这种非均一性，但对于波长极小的毫米波信号来说，传播媒介中介电常数的变化会导致该介质上传输线的特性阻抗产生差异。树脂通常具有比玻璃纤维低的Dk值，并且玻璃纤维的密度会随着玻璃纤维图案的变化而在整个PCB材料中发生变化。简单地说，玻璃纤维越多的地方介电常数值（DK）也就越高。特定的玻璃纤维形成的纤维束会明显导致PCB材料在该位置处的介电常数值（DK）值升高。

以其典型值为例，典型树脂体系的Dk值在2.0至3.0的范围内，而由玻璃纤维形成的玻璃纤维束的Dk值等于6.0或者更高。在玻璃纤维的交叉处形成的开口空隙区域，层压板的Dk值要比其周围交叉处的Dk值低得多。对于低频信号，由于波长相对较大，不同位置的有效Dk值可以一定程度的平均，进而可以通过计算机辅助工程（Computer-Aided-Engineering，CAE）软件仿真程序可分析预测的信号传播特性。但在毫米波频率情况下，由于信号波长较小和玻璃纤维效应，这种Dk值的差异会导致相位角发生偏移，从而导致在毫米波频率的传输线阻抗发生变化。

玻璃纤维效应到底会对毫米波电路的性能造成多大影响，取决于高频电路中使用的传输线种类。比如在一个多层微带电路中，由于每层的玻纤纤维图案都是无规律的，所以在电路板上可能会出现一定程度平均的介电常数值（DK），而利用这种多层电路结构将会获得较一致的性能。任何包含两层以上的多层玻璃纤维的电路结构都将受益于这种多层平均效应。

对于高速数字信号，例如数据速率超过10Gb/s的差分线路，由于差分线路中信号信息的传输高度依赖于相位关系，所以其性能会受PCB材料中玻璃纤维束密度的影响。与毫米波信号一样，高速差分线路也要求PCB线路板具有尽可能低的导体损耗和介电损耗。对于这类毫米波和高速数字信号的传输电路，良好的电路材料可将玻璃纤维效应引起的信号相位变化降至最低。

不可否认，尽管玻璃纤维与树脂结合形成的高性能线路板材料可以大大增强电路材料的机械强度，但正如前面提到的，这种材料结构的非均一性，在较高的频率下会对毫米波与高速数字信号带来不必要的副作用。比如汽车雷达系统通过接收反射的77GHz脉冲信号对其他车辆与行人进行定位，而PCB中的传输线造成的信号相位变化会使汽车雷达对交通中其他车辆的定位产生偏差。

值得庆幸的是，特殊玻璃纤维材料的加固特性也可以在高频电路层压板中得到应用，而避免玻璃纤维效应的影响。 罗杰斯公司最新推出的线路板材料，RO4830™线路层压板，将玻璃纤维与树脂材料相结合形成一种所谓的“开纤玻璃”。常见的玻璃纤维相互交叉成束会造成整个层压板中玻璃含量分布不均匀，但这种玻璃材料之间没有开口，玻璃纤维能均匀地分布在树脂中。利用这种方法，层压板中的玻璃纤维层就与玻璃平面很类似了，从而最小化甚至消除整个叠层中介电常数值（DK）的变化。

罗杰斯公司的RO3003™电路层压板是一种低损耗陶瓷填充的PTFE复合层压板材料，广泛用于77GHz或更高频率的电路设计中。这种层压电路板并不含玻璃纤维，因此也不用担心玻璃纤维效应。该层压板在整板上Dk值为3.00±0.04，在毫米波频率下具有非常好的一致性和可预测性能。该材料其他的一些特性也使得它们非常适合于毫米波电路，包括非常低的吸水性，介电常数温度系数（TCDk）为3ppm/℃，几乎接近于理想状态；X和Y轴的热膨胀系数（CTE）为17ppm/℃，与铜的热膨胀系数接近，并且在z方向上的热膨胀系数为24ppm/ºC，这为电镀通孔提供了极其稳定的特性。

对于任何可能存在的玻璃纤维效应的担忧，RO4830材料通过“开纤玻璃”的方法，避免了玻璃纤维效应带来的潜在风险。RO4830和RO3003材料均在温度变化情况下仍具有稳定的机械特性，进而保证在严酷的汽车操作环境下也可保持一致的低损耗性能。从而正如人们所预期的那样，它们也可在新兴的5G毫米波电路中得到广泛应用。

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