高周波プリント基板の誘電率 (Dk) と損失係数 (Df) は、高周波信号伝送の品質を決定する重要なパラメータです。多くのメーカーの公称パラメータには、不透明な試験条件や虚偽のラベル表示などの問題があり、実際の設計や生産において落とし穴に陥りやすいです。以下に、パラメータのトラップを回避するために役立つ、これら 2 つのパラメータに関する中心的な実践的な知識ポイントをまとめます。
基本的な定義と業界共通の用語
誘電率 (Dk/ε r): 電界内で電荷を蓄積する PCB 基板の能力を特徴付けます。工学では、これは比誘電率 (真空値 1) を指し、無次元の固有の特性です。
損失係数 (Df/tan δ): 高周波交流電場下で基板によって単位時間当たり熱エネルギーに変換される電気エネルギーの割合を指し、誘電正接としても知られます。
最も見落とされやすいパラメータの罠
テスト周波数の不一致: 通常の fr4 の Dk は通常 1MHz の低周波数で測定されますが、高周波プリント基板では少なくとも 10GHz (X- バンド) の測定データが必要であり、低周波パラメーターは高周波シーンのパフォーマンスをまったく表すことができません。
公称公差仮想マーキング: 通常の fr4 の Dk バッチ差は ± 0.2 に達する可能性がありますが、認定された高周波材料の Dk 公差は ± 0.02 以内に制御する必要があります。仮想マーキング許容差は、実際のインピーダンス偏差 5 ～ 10 Ω を直接引き起こし、RF 回路の許容誤差要件である ± 2% を超えます。
環境安定性の隠蔽: 多くの低価格の高周波材料には、誘電率温度係数 τ Dk が表示されていません。- -40 度から +85 度の範囲の屋外シナリオでは、Dk は温度ドリフトによって大幅に変化し、インピーダンス ドリフトと信号の不整合を直接引き起こします。
湿度の影響は説明されていません。基板の吸水率が高すぎると、吸水後に Dk が大幅に増加し、Df も同時に劣化し、湿気の多い環境での信号損失が公称値をはるかに超えます。
回路性能に対する 2 つのパラメータの主要な影響
誘電率 (Dk):
信号の伝送速度を直接的に決定すると、Dk が低いほど信号の伝播遅延が小さくなり、伝送速度が速くなります。
これはインピーダンス シミュレーションの中核となる入力パラメータであり、Dk 偏差は 50 Ω/100 Ω などの標準インピーダンス設計の失敗に直接つながり、信号反射を引き起こす可能性があります。
損失係数 (Df):
高周波信号の挿入損失を直接決定し、10GHzを超える周波数帯域では、通常のfr4のインチあたりの損失は1～2dBに達し、高品質の高周波材料は0.2dB以内に制御できます。
Df が大きすぎると、送信側で電力が無駄になり、受信側で微弱な信号を復調できなくなり、通信距離やレーダー検出感度が直接低下する可能性があります。
主流の高周波板金の典型的なパラメータのリファレンス
| マテリアルシステム | 代表的な Dk 値 (10GHz) | 代表的なDf値（10GHz） | 適用可能な主要なシナリオ |
|---|---|---|---|
| 通常のFR-4 | 4.2~4.6 | ~0.02 | 1GHz未満の低速デジタル回路 |
| 炭素水素樹脂シリーズ | 3.2~3.7 | 0.003~0.008 | 5G 基地局、高速光モジュール- |
| RO4000シリーズ | 3.48~3.66 | 0.002~0.0037 | RFアンプ、車載レーダー |
| PTFE変性シリーズ | 2.2~2.6 | 0.001~0.003 | ミリ波、衛星通信、軍事レーダー |
業界で一般的に使用されている権威あるテスト方法
高周波プリント基板の Dk と Df は、通常の fr4 の Q{0}} メソッドではテストできません。業界で一般的に使用されているストリップライン共振方法は、ベクトル ネットワーク アナライザーを使用してストリップ ライン共振器の共振周波数を測定して Dk を反転し、品質係数 Q 値を測定して Df を反転します。結果は PCB の実際の動作状態に近くなります。