PCB高频损耗测试方法-3步验证改善效果

很多工程师在改善 PCB 高频损耗时，会遇到 “不知道怎么验证效果” 的问题 —— 优化了基材、布线、叠层，却无法量化损耗是否降低，只能靠设备整机测试，发现问题时已经批量生产，造成巨大损失。其实通过专业的高频损耗测试，能在 PCB 生产阶段就验证改善效果，提前规避风险。

首先要明确，PCB 高频损耗测试的核心是 “量化导体损耗、介质损耗、总损耗”，常用的测试标准是 IPC-TM-650（PCB 测试方法标准），不同测试方法的适用场景、精度、成本不同，选择时要结合需求。

第一步：用 “插入损耗测试” 快速判断总损耗，适合批量筛选

插入损耗（Insertion Loss，IL）是最常用的高频损耗测试方法，通过测量信号经过 PCB 传输线前后的强度差异，直接得到总损耗（包括导体损耗、介质损耗、辐射损耗），操作简单、成本低，适合批量 PCB 的快速筛选。

测试原理很简单：将 PCB 上的测试传输线（通常是微带线或带状线，长度 100-300mm）两端连接到网络分析仪，网络分析仪发射不同频率的正弦信号，通过测试信号输入（Port 1）和输出（Port 2）的功率差，计算插入损耗（IL=10lg (Pout/Pin)，单位 dB）。插入损耗数值越小，说明信号传输过程中的能量损失越少，性能越好。

测试时要注意三个关键点：

一是 “测试传输线设计”：测试传输线的结构、线宽、间距应与 PCB 上的实际高频线路一致（如阻抗 50Ω、线宽 0.3mm），确保测试结果能反映实际使用情况；同时传输线两端应设计标准连接器（如 SMA、2.92mm 连接器），方便与网络分析仪连接，避免因连接方式导致额外损耗。

二是 “频率范围覆盖”：测试频率范围应覆盖产品的实际工作频率，且适当扩展。比如 5G 手机射频 PCB 的工作频率是 3.5GHz，测试频率应覆盖 1-6GHz，观察损耗随频率的变化趋势 —— 优质 PCB 的插入损耗随频率升高应缓慢增加，若出现突然增大（如某一频率点损耗骤增），说明存在设计或加工缺陷（如阻抗不匹配、基材缺陷）。

三是 “环境控制”：测试环境的温度、湿度会影响基材的 Dk 和 tanδ 值，进而影响测试结果。应在标准环境下测试（温度 23±2℃，湿度 50±5%），避免环境因素导致的测试误差。比如湿度从 40% 升至 60%，普通 FR-4 基材的插入损耗可能增加 5%-10%，导致误判。

插入损耗测试适合批量 PCB 的快速验证，比如每批次抽样 10-20 片，测试插入损耗是否在合格范围内（如 10GHz 时插入损耗≤0.5dB/cm），不合格则整批返工，避免流入下游环节。

第二步：用 “分离损耗测试” 拆解损耗成分，定位改善方向

插入损耗只能得到总损耗，无法区分导体损耗和介质损耗，而 “分离损耗测试” 能将两者拆解，帮你定位损耗的主要来源，针对性改善。

常用的分离损耗测试方法是 “传输线损耗分离法”，基于 “不同长度传输线的损耗差异” 计算：

比如测试得到 10GHz 时，L1=100mm 的 IL1=0.5dB，L2=300mm 的 IL2=1.5dB，可算出总损耗系数 = 0.01dB/mm；再通过趋肤效应公式算出 αc=0.004dB/mm，进而得到 αd=0.006dB/mm，说明介质损耗是主要来源，应优先优化基材。

分离损耗测试适合设计阶段的损耗分析，比如优化基材后，通过测试 αd 是否降低，验证基材改善效果；优化铜箔后，通过测试 αc 是否降低，验证导体损耗改善效果。

第三步：用 “时域反射测试（TDR）” 检测阻抗不连续，排查反射损耗

反射损耗（Return Loss，RL）是高频损耗的重要组成部分，主要来自阻抗不连续（如线宽突变、过孔、拐角），时域反射测试（Time Domain Reflectometry，TDR）能精准检测阻抗不连续点，帮你排查反射损耗来源。

TDR 测试原理：网络分析仪发射一个快速上升沿的脉冲信号（上升时间≤10ps），信号在 PCB 传输线中传输，遇到阻抗不连续点时，部分信号会反射回发射端，通过分析反射信号的时间和幅度，可定位不连续点的位置和阻抗变化。

比如测试时发现，在传输线 20mm 处有一个明显的反射信号，阻抗从 50Ω 突变到 65Ω，说明该位置存在阻抗不连续（可能是线宽突变或过孔），反射损耗较大，需要优化该位置的设计（如将线宽突变改为渐变，或增加接地过孔）。

TDR 测试还能检测传输线的阻抗均匀性 —— 优质高频 PCB 的阻抗波动应≤±5%（如 50Ω 阻抗的传输线，阻抗应在 47.5-52.5Ω 之间），若阻抗波动超过 ±10%，会导致严重的反射损耗，影响信号传输。

TDR 测试适合排查布线和加工导致的反射损耗，比如批量生产的 PCB 出现反射损耗超标，可通过 TDR 定位不连续点，分析是设计问题（如线宽设计错误）还是加工问题（如蚀刻不均导致线宽偏差）。

高频损耗测试是 PCB 改善的 “闭环环节”，只有通过测试验证，才能确保改善措施有效。建议在 PCB 设计阶段，先制作测试样品（含插入损耗、分离损耗、TDR 测试结构），完成测试并优化后，再进行批量生产；批量生产时，每批次抽样进行插入损耗测试，确保损耗稳定达标。不同测试方法的精度和成本不同，可根据需求组合使用 —— 比如插入损耗 + TDR 测试，既能验证总损耗，又能排查反射损耗，满足大多数高频 PCB 的测试需求。