PCB叠层结构优化，从分层入手改善高频损耗

在高频 PCB 设计中，叠层结构往往被忽视 —— 很多人认为 “叠层只是把基材和铜箔堆起来”，却不知道合理的叠层设计能从根本上减少高频损耗，尤其是在多层 PCB（4 层及以上）中，叠层结构对损耗的影响甚至超过基材选择。今天捷配 PCB 就解析高频 PCB 叠层优化的 4 个核心原则，教你从 “分层” 入手，降低介质损耗、辐射损耗和串扰损耗，提升信号传输性能。

首先要明确，高频 PCB 叠层的核心目标是 “信号路径最短、回流路径最稳、屏蔽效果最好”，通过合理安排信号层、地平面层、电源层的位置，减少信号传输过程中的能量损耗。普通多层 PCB 的叠层（如 “信号 - 电源 - 地 - 信号”）在高频场景下，往往因回流路径长、屏蔽不足，导致损耗增加，需要针对性优化。

第一个原则：“信号层与地平面层紧密相邻”，缩短回流路径，减少辐射损耗

高频信号的回流路径越短，辐射损耗越小 —— 这是高频叠层设计的 “黄金法则”。很多工程师在设计叠层时，将信号层和地平面层分开（比如中间隔了电源层），导致信号回流路径变长，辐射损耗增加。正确的做法是：每一层信号层，都应有一层紧密相邻的地平面层（间距≤0.2mm），形成 “信号 - 地” 配对结构。

比如 4 层高频 PCB，合理的叠层顺序应为 “信号 1 - 地 1 - 信号 2 - 地 2”（而非 “信号 1 - 电源 - 地 - 信号 2”），信号 1 的回流路径在相邻的地 1 层，信号 2 的回流路径在相邻的地 2 层，回流路径极短，能大幅减少辐射损耗。如果需要电源层，可将电源层与地平面层相邻（如 “信号 1 - 地 1 - 电源 - 地 2 - 信号 2” 的 5 层结构），电源层的回流路径在相邻的地平面层，避免干扰信号层。

这种 “信号 - 地” 相邻的结构，还能起到屏蔽作用 —— 地平面层能像 “盖子” 一样，阻挡信号层向外辐射能量，同时减少外部干扰对信号层的影响。比如 5G 基站的 8 层射频 PCB，每一层信号层都配有相邻的地平面层，辐射损耗比普通叠层减少 35% 以上。

第二个原则：“高频信号层优先放在内层”，利用地平面屏蔽，降低辐射

高频信号层放在 PCB 内层，比放在表层更有利于减少辐射损耗 —— 内层信号层被上下两层地平面（或其他层）包裹，屏蔽效果更好，信号几乎不会向外辐射；而表层信号层只有下方一层地平面，上方暴露在空气中，容易产生辐射。

比如 6 层高频 PCB，若有 2 层高频信号层（如射频信号），应将其放在第 2 层和第 5 层（叠层顺序：表层 1 - 信号 1 - 地 1 - 地 2 - 信号 2 - 表层 2），信号 1 被表层 1 和地 1 包裹，信号 2 被地 2 和表层 2 包裹，屏蔽效果最佳。如果将高频信号层放在表层（第 1 层或第 6 层），辐射损耗会增加 20%-30%，尤其是频率超过 10GHz 时，表层辐射的影响会更明显。

需要注意的是，内层信号层的介质厚度（信号层与相邻地平面层的间距）需根据阻抗要求计算，比如 50Ω 阻抗的微带线，若基材 Dk 值为 2.5，介质厚度 0.15mm，线宽约为 0.3mm，需确保叠层加工时介质厚度的误差≤10%，避免阻抗不匹配导致反射损耗。

第三个原则：“地平面层保持完整，避免开窗和分割”，减少回流干扰

地平面层的完整性直接影响信号回流路径 —— 如果地平面层有开窗（如为了避让过孔而挖空）、分割（如分成多个独立的地），会导致信号回流路径被迫绕行，增加辐射损耗和串扰。高频 PCB 的地平面层应尽量保持完整，做到 “三不”：

不随意开窗：除非必须（如连接测试点），否则地平面层不做开窗，若需开窗，开窗面积应≤地平面面积的 5%，且远离高频信号线路（距离≥2mm）。

不分割地平面：高频场景下，应避免将地平面分割成 “数字地”“模拟地”“射频地”，而是采用 “单点接地” 或 “星形接地”—— 所有接地都连接到同一个完整的地平面，减少不同地之间的干扰。比如毫米波雷达 PCB 的地平面层，通常是完整的一块，没有任何分割，确保信号回流路径顺畅。

不密集过孔：过孔会破坏地平面的完整性，高频 PCB 的地平面层过孔数量应尽量少，且过孔之间的间距≥0.5mm，避免形成 “孔阵” 影响地平面的屏蔽效果。

第四个原则：“合理安排介质层厚度，平衡损耗与成本”

介质层厚度（信号层与地平面层之间的基材厚度）对高频损耗有双重影响：厚度越小，介质损耗越低（信号在基材中传输的距离越短），但阻抗控制难度越大（线宽微小变化就会导致阻抗大幅波动）；厚度越大，阻抗控制越容易，但介质损耗越高。

优化时需根据频率和阻抗要求选择合适的介质厚度：

—— 低频高频（1-5GHz，如 5G 中频段）：介质厚度可选择 0.15-0.2mm，既能控制介质损耗，又能降低阻抗控制难度；

—— 超高频（10GHz 以上，如毫米波）：介质厚度应尽量小（0.08-0.12mm），减少信号在基材中的传输距离，降低介质损耗，同时需选用高精度基材和加工工艺，确保厚度误差≤5%，避免阻抗不匹配。

比如 28GHz 毫米波 PCB 的信号层与地平面层间距（介质厚度）通常为 0.1mm，介质损耗比 0.2mm 厚度减少 40% 以上，能满足超高频场景的需求。

叠层结构优化是高频 PCB 设计的 “底层逻辑”，必须在设计初期就确定，后续的布线、过孔设计都要基于叠层展开。不同层数、不同频率的 PCB，叠层方案差异很大，建议参考成熟的高频 PCB 叠层案例，或通过仿真软件验证不同叠层方案的损耗情况，选择最优方案。