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PCB高频损耗从哪来？3个核心原因先搞懂

2025-08-28 14:25:00
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在 5G 通信、毫米波雷达、卫星导航等高频场景中，很多工程师都会遇到 “PCB 高频损耗” 问题 —— 信号传输到终端时，强度大幅衰减，甚至出现失真，导致设备性能不达标。但很少有人能说清，高频损耗到底从哪来？今天开·云app PCB 就用大白话拆解 PCB 高频损耗的 3 个核心原因，帮你从源头理解问题，为后续改善打下基础。

首先要明确，PCB 高频损耗不是单一因素导致的，而是 “导体损耗”“介质损耗”“辐射损耗” 三者共同作用的结果，只是在不同频率下，三者的占比不同。比如频率低于 1GHz 时，导体损耗和介质损耗是主要因素；频率超过 10GHz（比如毫米波），辐射损耗的影响会显著增加。

第一个核心原因：导体损耗 —— 电流 “挤在表面” 导致的能量浪费

导体损耗主要来自 PCB 中的铜箔线路，很多人以为电流会均匀流过铜箔横截面，但在高频场景下，会出现 “趋肤效应”—— 电流会集中在铜箔表面的极薄一层（趋肤深度），横截面内部的电流极少。比如 1GHz 频率下，铜的趋肤深度只有 2.09μm，也就是说，电流主要集中在铜箔表面 2μm 的范围内，其余部分几乎没有电流通过。

这种现象会导致两个问题：一是 “等效电阻增大”，电流集中在表面，相当于导体的有效截面积变小，电阻自然变大，电流流过时会产生更多热量，造成能量损耗；二是 “表面粗糙度影响加剧”，如果铜箔表面不平整（有凸起、凹陷），电流在表面流动时会 “绕路”，进一步增加电阻和损耗。比如普通电解铜箔的表面粗糙度约为 1.5-3μm，在 10GHz 频率下，导体损耗会比光滑铜箔增加 30% 以上。

此外，铜箔的厚度也会影响导体损耗。如果铜箔厚度小于趋肤深度的 2-3 倍，电流可能会 “穿透” 铜箔，导致电阻进一步增大。比如在 28GHz 毫米波场景下，铜的趋肤深度只有 0.8μm，若使用厚度 1μm 的铜箔，导体损耗会明显高于 2μm 铜箔。

第二个核心原因：介质损耗 —— 基材 “吸收信号” 导致的能量流失

介质损耗来自 PCB 的基材（比如 FR-4），高频信号在基材中传输时，会引发基材内部分子的极化运动，这种运动需要消耗能量，导致信号能量被基材吸收，也就是 “介质损耗”。

衡量介质损耗的关键指标是 “介质损耗角正切（tanδ）”，tanδ 值越小，介质损耗越低。比如普通 FR-4 基材的 tanδ 值约为 0.02（1GHz），而高频专用基材（如 PTFE、PPO）的 tanδ 值可低至 0.001-0.003。在高频场景下，基材 tanδ 值的微小差异会导致损耗的巨大差距：比如 10GHz 频率下，用普通 FR-4 基材的 PCB，介质损耗可能是高频专用基材的 5-10 倍。

除了 tanδ 值，基材的 “介电常数（Dk）” 也会间接影响损耗。Dk 值越大，信号在基材中的传输速度越慢，且容易出现信号色散（不同频率成分的信号传输速度不同），间接增加损耗。比如普通 FR-4 的 Dk 值约为 4.5（1GHz），而高频基材的 Dk 值可控制在 2.2-3.0，能有效减少信号色散和损耗。

第三个核心原因：辐射损耗 —— 信号 “跑出去” 导致的能量浪费

辐射损耗是指高频信号在传输过程中，部分能量以电磁波的形式辐射到空气中，不再沿着线路传输，造成能量流失。这种损耗在高频场景下尤为明显，尤其是当 PCB 线路设计不合理时。

比如 “线路不连续” 会导致辐射损耗：当信号从宽线路突然变窄，或线路出现拐角（90° 直角），信号会在不连续处产生反射和辐射；“间距过小” 也会导致辐射损耗：相邻线路间距小于 3 倍线宽时，会产生 “串扰”，部分信号能量会辐射到相邻线路，同时自身也会因干扰产生额外损耗；此外，PCB 板边缘的 “天线效应” 也会加剧辐射损耗 —— 线路靠近板边时，容易像天线一样向外辐射信号能量。

比如在 5G 基站的 PCB 设计中，如果射频线路有 90° 拐角，且与其他线路间距过小，辐射损耗可能会增加 20%-30%，导致基站的信号覆盖范围缩小。

多层盲孔高频PCB.png