高速板材的DK 与 DF
高速板材的DK 与 DF：
说起DK（介电常数），在高中物理的学习中就已经了解了它的定义：一个充满电介质的电容器的电容C与真空电子容器的电容的比值，称为该电介质的介电常数。那么这个介电常数和PCB板材的介电常数有什么关联呢?我们先介绍一组很简单的概念：导体和电介质。要说到它们的区别，大家都能很容易地说出来，导体是导电的，电介质理论上是绝缘的。再往微观的方向延伸一下就是导体内部充满着自由电子，可以随时在电场的作用下移动；而电介质中几乎没有自由电子，换句话说就是其电子在外加电场的作用下几乎不能移动，也就是我们所说的绝缘。那你们可能会问，电介质在电场作用下不能发生电子的移动，那会发生什么现象呢?
实际上，电介质在电场作用下并非毫无变化，它会发生一种称为极化的现象。把电介质放进平行的电场中，电介质的表面就会感应出电荷，在平行电场正极的一面会感应出负电荷，在平行电场负极的一面会感应出正电荷，如图12-3所示，这就是所谓的极化现象。电介质中电子、分子、原子会同时发生极化，每一种物质的极化各有不同，感兴趣的可以查找相关资料，在这里就不针对这个展开了。
我们知道，电容是表征物体储存电荷的能力，因此介电常数作为电容的比值，可以很好地表示单位电场和单位体积内电介质极化并储存电荷的能力，是一个比较宏观的物理量。因此也可以认为，介电常数越大，该介质对极化运动的积极性越强，越容易积累更多的电荷。
根据电荷极化现象，还是参考图12-3,若电压U是直流电压，则不管是在真空中还是在电介质中，其电阻都是无穷大的，因此是没有任何电流可以通过平行板的；若施加正弦电压U=
,则通过电容器的电流为余弦波，电流大小由电容和频率决定。电流的计算公式为
其中，I表示通过电容器的电流；表示电容器的电容量；
表示角频率，单位为rad/s; 表示施加在电容器两端的正弦电压幅度。
介电常数DK和损耗因子DF到底有没有关系?为了描述异相、同相这两部分电流，同时涉及使用正弦电压和电流，我们建立了一种基于复数的形式，这种复数形式本身就是频域中的概念。为了充分利用这个复数形式，后面我们将更改介电常数，将它变为复数。
介电常数改为复数之后，它的实部与异相电流有关，而虚部与损耗有关并将部分电压转换为同相电流。
这时电流就变成了复数的形式：
如果将复介电常数描述成实部加虚部(如a+ib)的形式后，当用虚部因子i乘以a+ib时，虚部b的i将电压因子的i变为一1,这使得电流I的实部变为负数，即与实际的电流相差了180°。为了使电流刚好与电压同相，定义复介电常数的虚部为负，其形式如下：
其中，
表示复介电常数；
表示复介电常数实部；
表示复介电常数虚部。
也可以用简单的复平面坐标图来表示，如图12-4所示。
根据以上的公式，我们通常所说的介电常数DK就是,另外我们定义这个介质损耗角正切值为
,就是我们通常所说的损耗因子DF。它表示在对电介质施加电压时，介质内部流过的电流相量与电压相量之间的正切值。至于为什么会这样定义，以及DF是如何影响我们的PCB通道的损耗，我们在下一节会介绍。
如果看过板材厂商提供的datasheet,大家会看到不同的损耗等级的板材都有这么一个规律：就是在DF变小的情况下，DK也相应地变小。例如我们所说的普通板材到中等损耗板材到低损耗板材再到超低损耗板材，它们的DK-DF一般会是这样的情况：普通板材为4.4-0.02,中等损耗板材为4-0.015,低损耗板材为3.7-0.01,超低损耗板材为3.4-0.005,不同厂家的板材DK和DF的组合一般会遵循这样的规律。