アンテナ設計ではどの PCB 基板が一般的に使用されますか?

アンテナ設計では、誘電特性、製造プロセス、アプリケーションの適合性がそれぞれ異なる、いくつかの種類の PCB 基板が一般的に使用されます。

FR-4

FR-4は、優れた機械的強度と絶縁性能を備えたコスト効率の高い基板であり、典型的な誘電率（Dk）は4.0～4.5です。BluetoothやWi-Fiの短距離アンテナなど、一般的な無線通信機器のアンテナに広く使用されています。FR-4は、コストが重視され、性能要件が中程度の用途に特に適しています。

ロジャース

Rogers社の材料は、誘電率と誘電正接が低いため、信号伝送損失を低減します。Rogers社の各種シリーズは、誘電率が約2.2～10の範囲で提供されており、様々な設計ニーズに対応します。ミリ波アンテナ、衛星通信アンテナ、その他高い信号品質が求められる無線システムなど、高周波アンテナ設計に広く使用されています。代表的なモデルとしては、Rogers 5880、Rogers 3003、Rogers 4350B、そして低誘電正接のRogers 5880LZシリーズなどがあります。

タコニック

タコニック基板は誘電率が低いため、信号遅延や歪みを低減し、高周波アプリケーションに適しています。誘電率はモデルによって異なり、通常は2～5の範囲で、ミリ波などの高周波用途に最適です。注目すべきモデルとしては、非常に軽量なガラス繊維で作られたTLY-5があります。これは、寸法安定性、低誘電正接、低吸湿性、銅の高剥離強度、一貫した誘電率などの利点を備えています。TLY-5は、車載レーダー、衛星/セルラー通信、パワーアンプ、LNB、LNA、LNC、そしてKa、E、Wなどの周波数帯域でよく使用されます。RF-35™も、さまざまな高周波設計で人気のモデルです。

PTFE（ポリテトラフルオロエチレン）基板

PTFE材料は、通常2.0～3.0の安定した誘電率を持ち、損失が極めて少ないため、高周波信号伝送に適しています。PTFEは、レーダーアンテナ、航空宇宙アンテナ、その他の高周波RF回路など、高精度・高性能のアンテナ設計に広く使用されています。

セラミック充填基板

これらの基板は、セラミック充填材の比率を変えることで誘電率を調整します。機械的強度と耐熱性が高く、優れたRF性能を維持しながらコスト削減に貢献します。セラミック充填基板は、5G通信アンテナなどの中高周波アンテナ設計に広く使用されており、特定のサイズと性能目標を満たす必要がある小型アンテナに適しています。

ワングリング基質

Wanglingは、F4BMシリーズやF4BMEシリーズといった一般的なPTFEガラス繊維布銅張積層板に加え、F4BTMシリーズやF4BTMEシリーズといったPTFEガラス繊維布セラミック充填銅張積層板を提供する中国国内ブランドです。同社の複合誘電体基板シリーズ（TP、TF）は、誘電率を3.0～25の範囲で制御可能で、低損失と低熱ドリフトを実現しています。ただし、PCBメーカーがWanglingの材料を初めて使用する場合は、不慣れなため、プロセス上の問題が発生する可能性があります。

シミュレーションと設計に関する重要な注意事項:

l基板の厚さは、一般的に約0.254mmの倍数にする必要があります。0.4mmのようなカスタム厚さの設定は避けてください。製造および検証に必要なPCB在庫が確保できない可能性があるためです。

l1.5 mm を超える厚さのボードの場合は、国内の Wangling 材の使用を検討してください。

l多層基板を設計する際には、基板のZ軸熱膨張係数（CTE、ppm/°Cで測定）に細心の注意を払ってください。一般的に、誘電率の低い基板はZ軸CTEが高く、他の材料と組み合わせると製造時に問題が発生する可能性があります。多層設計では、不良率を低減するために、高誘電率でCTEが低い基板を使用することをお勧めします。

銅箔の種類：圧延銅箔と電解銅箔

ミリ波周波数においては、銅箔表面の粗さが伝送線路の導体損失に大きな影響を与えます。製造工程と性能に基づき、PCB用銅箔は主に圧延焼鈍銅箔（RA銅箔）と電解銅箔（ED銅箔）の2種類に分けられます。

圧延焼鈍（RA）銅箔

純銅インゴットを連続圧延・圧縮加工することで製造されるRA箔は、表面が非常に滑らかで粗度が極めて低いため、優れた導電性を有します。特に高周波信号伝送に適しています。ただし、RA箔は価格が高く、厚さにも制限があります。

電解銅箔（ED銅箔）

ED銅箔は電気めっきによって製造され、平滑面と粗面の2つの面があります。粗面は銅箔を基板に接着するのに役立ち、平滑面はめっきやエッチングに使用されます。ED銅箔はより手頃な価格で、幅広い厚みに対応できます。しかし、表面粗度が高いため導体損失が大きくなり、高周波用途には適していません。

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