7.1

介電常數(shù)

導(dǎo)體之間的絕緣材料會增加它們之間的電容量，引起電容增大的這一材料特性稱為相對介電常數(shù)，通常用ε_r來表示。

另外，也使用縮寫Dk表示材料的介電常數(shù)。它是相對于空氣介電常數(shù)（其值設(shè)為1）的倍數(shù)。作為一個比值，它沒有單位。通常都會省略“相對”這個詞，簡稱為介電常數(shù)。

介電常數(shù)是絕緣材料的固有特性，一小塊環(huán)氧樹脂和一大塊環(huán)氧樹脂的介電常數(shù)是相同的。絕緣材料介電常數(shù)的度量方法是：比較一對導(dǎo)體被空氣包圍時的電容量C_0和被絕緣材料包圍時的電容量C，定義如下：

介電常數(shù)越大，導(dǎo)體之間的電容量的增加就越大。如果在導(dǎo)體周圍的空間中均勻填充絕緣材料，那么介電常數(shù)使得導(dǎo)體之間的電容量增大，這與導(dǎo)體的形狀（無論其形狀像平行板、 雙圓桿，還是鄰近寬平面的一條線）完全無關(guān)。

FR4的介電常數(shù)的具體值與環(huán)氧樹脂和玻璃的相對含量有關(guān)。介電常數(shù)有時隨頻率而變化，例如從1kHz到10MHz, FR4的介電常數(shù)就從4.8變化到4.4，然而從1GHz到10GHz, FR4的介電常數(shù)就非常穩(wěn)定。為了消除不確定因素，有必要指明測量介電常數(shù)時的頻率。

7.2

等效介電常數(shù)

導(dǎo)體之間絕緣材料的存在，使其電容量比導(dǎo)體之間沒有介質(zhì)材料時增大了。若導(dǎo)體之間及導(dǎo)體周圍的絕緣材料是均勻分布的，如帶狀線，則材料使電容量增大的系數(shù)等于該材料的介電常數(shù)。

但是，在微帶線中，一些電力線穿過空氣，另一些穿過疊層介質(zhì)，空氣和部分填充介質(zhì)的組合就產(chǎn)生了“有效介電常數(shù)”。與填充材料后的電容量與以空氣為介質(zhì)時電容量的比值類似，等效介電常數(shù)也是導(dǎo)體之間填充材料（無論材料如何分布）后的電容量與導(dǎo)體之間及其周圍僅有空氣時電容量的比值。

使用二維場求解器可準確地計算出這兩種情況下的電容，這一工具也是準確計算傳輸線等效介電常數(shù)的唯一方法。等效介電常數(shù)是非常重要的性能參數(shù)，因為它直接決定了傳輸線中的信號速度。

疊層材料的固有介電常數(shù)是不會變化的，只是當導(dǎo)體之間的場穿過不同比例的空氣和介質(zhì)時，才會造成電容的變化。因此，表層走線“感受”到的介電常數(shù)必然是空氣和介質(zhì)的某種平均。

7.3

復(fù)介電常數(shù)

介質(zhì)極化反映的也是介質(zhì)的一種電特性，因此可以在介電常數(shù)中反映出極化的影響。復(fù)相對介電常數(shù)可表示為：

其中ε_r=ε’/ε_0 即為相對介電常數(shù)，ε’’/ε‘ 稱為損耗因子，用角度δ的正切tan(δ)形式表示，角度δ稱為損耗角。復(fù)介電常數(shù)虛部和實部的比值剛好是δ的正切，極化損耗越大，損耗角正切越大。

工程中常常把 ε’/ε_0 用符號Dk表示，而把tan(δ) = ε’’/ε‘ 用符號Df 表示，這樣復(fù)相對介電常數(shù)表示為：

E_r= Dk (1 - j ? Df)

Dk反映了介質(zhì)固有的影響電容的特性，Df反映了介質(zhì)由于極化產(chǎn)生損耗的特性。加工PCB的板材特性一般都是以Dk和Df方式給出，Dk值越大，同樣橫截面的傳輸線單位長度電容也就越大，要控制阻抗就必須使用更厚的層疊，Df越大，介質(zhì)損耗就越大，意味著信號會有更大的衰減。