一文彻底搞懂损耗角正切与损耗因子，为什么射频必须盯紧PCB损耗？

射频学堂

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大家好，这里是射频学堂。

最近社群里有工程师分享了一款高端射频基材——XCPS交联聚苯乙烯，瞬间引发热烈讨论。它最炸裂的参数，就是损耗因子低至 0.0005。

相信大部分射频工程师都被普通 FR4 板材坑过：布线、匹配、结构全都没问题，结果整机指标崩盘——高频插损过大、滤波器Q值拉不起来、天线增益偏低、大功率工作时相位乱飘。

很多时候，限制射频性能的根本不是电路设计，而是被大家轻视的板材介质损耗。

借着这款新材料的热度，今天我们系统、透彻地讲透射频最核心的基础概念：损耗角正切 tanδ 与损耗因子 Df。彻底厘清二者区别与联系，同时讲明白：为什么低频电路完全不在乎的介质损耗，却是射频、微波、毫米波设计的第一选材指标。

01 介质损耗的物理本质：高低频的核心区别

在直流、电源、低速数字电路中，PCB介质的作用非常单纯：绝缘、支撑。此时信号能量完全集中在铜导线里流动，板材不参与电气传输，自然不需要关注损耗大小。

但射频电路完全不同：GHz级射频信号不是“导线电流”，而是“空间电磁波”。

无论是微带线还是带状线，绝大部分电磁场能量都弥散在铜箔与基板介质之间，板材本身就是电磁波的传输通道。

高频交变电场会反复拉扯介质内部极性分子，分子持续极化、摩擦、弛豫，极化响应始终滞后于电场变化，最终将电磁波的有效电能不可逆地转化为热能——这就是介质损耗的物理本源。

记住这条射频工程黄金定律：低频看铜线损耗，射频看介质损耗；低频靠导线导电，射频靠介质传波。

02 复介电常数：看懂损耗的底层模型

理想介质只储能、不损耗，但真实介质既有储能特性，也有损耗特性。射频电磁学通过复数相对介电常数统一描述这两种行为：

实部 ε'（Dk 介电常数）：表征介质储存电场能量的能力，直接决定电磁波传播速度、传输线特性阻抗、信号电长度与相位延迟，是我们做线宽设计、阻抗匹配、相位调试的核心依据。

虚部 ε''（损耗项）：表征介质消耗电场能量的能力，是介质损耗的唯一来源，直接决定信号传输的衰减大小。

介质内部电流分为两部分：负责储能的无功位移电流、负责发热的有功损耗电流。两者存在相位差，这个相位夹角就是损耗角 δ。

03 损耗角正切 vs 损耗因子：彻底厘清概念

1. 损耗角正切 tanδ（物理定义）

损耗角正切是纯粹的物理电磁概念，定义为介质损耗功率与电场储能功率的比值：

它描述的是：介质每储存一份能量，会伴随多少比例的能量损耗。属于材料固有属性，与板厚、线长无关。

射频低损耗材料普遍满足 tanδ<<1，因此可近似认为：tanδ=δ。

2. 损耗因子 Df（工程定义）

从纯理论角度，本征损耗因子特指介电常数虚部 ε''，代表绝对损耗大小。

但在全球射频PCB行业、板材手册、仿真软件（ADS/HFSS/CST）中，形成了统一工程规范：

Df（损耗因子） = tanδ（损耗角正切）

也就是说：学术叫 tanδ，工程叫 Df，射频设计中二者完全等价、通用。

3. 易混淆参数对照表

04 损耗如何变成插损？射频核心公式

电磁波在微带、带状线中传输，完整传输特性由复传播常数描述：

其中：

β：相位常数，由Dk主导，决定相位、电长度；

α：衰减常数，决定信号幅度衰减，是插损的核心来源。

由介质损耗带来的衰减分量，是高频射频损耗的主体，公式为：

可以直接看出关键规律：

介质损耗与频率 f 呈线性正相关。频率越高，Df 对插损的影响越致命。

这也是为什么毫米波、太赫兹电路，对板材损耗近乎苛刻的根本原因。

主流板材损耗直观对比：

普通FR4（1GHz）：Df≈0.02 ｜损耗大，高频严重拖累性能

传统PTFE：Df≈0.001~0.002 ｜经典低损耗基材

XCPS交联聚苯乙烯：Df≈0.0005 ｜损耗再降一个数量级，超宽频极致稳定

05 射频为什么必须死磕低Df？六大核心原因

低频电路只看绝缘和成本，损耗可以忽略；但射频是电磁波功率系统，Df直接决定整机性能上限。

1. 降低插入损耗，提升收发系统效率

射频信号从功放输出，经过馈线、功分、耦合、滤波，每一段走线都在损耗功率。

高Df板材会把有效射频功率持续转化为热量：发射端辐射功率不足、覆盖距离缩短；接收端小信号被衰减，灵敏度下降、底噪抬升、信噪比恶化。XCPS极致低损耗的特性，能最大程度保留有效功率，从根源降低插损。

2. 决定谐振Q值，掌控滤波器性能命脉

射频谐振回路Q值满足损耗叠加关系：

介质Q值满足

，板材损耗越大，Q值越低。

高Q板材：滤波器带内平坦、过渡带陡峭、阻带抑制深、群时延稳定；

低Q高损耗板材：滤波波形塌陷、波纹大、隔离度差，完全达不到射频指标要求。3. 抑制热致相位漂移，保证相位一致性

Df越大，发热越严重；板材Dk存在温度系数，温升会直接改变有效介电常数，进而偏移信号电长度：

相位漂移会导致相控阵波束偏移、副瓣抬升，射频组件EVM恶化、调制失真，功分器、电桥平衡度失效。材料超低损耗、低热漂的特性，可从根源解决大功率工作下的相位温漂问题。

4. 减弱频散效应，避免宽带信号畸变

真实板材的Dk、Df都随频率变化，高损耗板材频散更严重。5G宽带、雷达调频信号包含多频率分量，频散会导致不同频率传输速度、衰减不一致，引发群时延畸变，最终造成信号包络失真、测距测速精度下降、误码率升高。如果材料超宽频参数稳定，完美适配高频宽带系统。

5. 杜绝热失控，提升长期可靠性

高Df板材在大功率连续波工作时，会形成恶性循环：损耗大→发热高→参数漂移→损耗进一步增大。长期工作会出现PCB分层、碳化、阻抗偏移、焊点应力开裂等可靠性问题，低损耗基材是高端射频设备稳定工作的基础。6. 拉高天线辐射效率，突破无线性能上限

PCB天线能量只有两个去向：空间辐射、介质损耗发热。辐射效率满足：

FR4高频损耗极高，大部分功率被白白消耗；而XCPS凭借极致低损耗，能最大化提升天线增益与辐射效率，是毫米波阵列天线、透镜天线的理想基材。

06 高低频板材选材逻辑对比

[1] 电子发烧友.PCB 介质介电参数详解

[2] Rfessentials.Complex Permittivity Basic Theory

[3] 景阳电子.面向5G与射频应用的低损耗PCB材料技术指南

[4] 捷配PCB.一文读懂PCB核心电气参数Dk与Df

[5] 科瑞沃科技.XCPS交联聚苯乙烯高频介电性能白皮书

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快讯：小米联合清华大学连发两项终端天线核心发明专利，攻克卫星通信极化与小型化痛点

大家好，这里是射频学堂。2026年7月3日，国家知识产权局同步公开两项小米移动软件联合清华大学共同申报天线发明专利（公布号 CN122338405、CN122338439），两份专利均于 2025 年 1 月提交、2026 年 7 月 3 日正式公开，分别对应可切换双极化贴片天线、宽带圆极化三层偶极天线两大创新架构，针对性解决手机卫星通信法拉第极化损耗、机身狭小空间天线带宽不足、辐射遮挡等行业长期难题，为下一代卫星终端射频天线提供全新自研方案。专利一：可切换横竖极化双贴片天线（CN122338405）传统双极化贴片天线受制于辐射体长宽尺寸，谐振频率调节互相牵制，机身窄边区域很难布置，容易出现人手、屏幕遮挡、信号衰减问题。本专利创新采用两组平行方形贴片辐射体搭配独立馈电端口：极化自由切换机制：双端口等幅同相馈电输出垂直极化；等幅反相馈电切换水平极化，终端处理器可实时按需切换极化模式，适配卫星信号多变极化状态；解耦尺寸约束：贴片宽度几乎不影响谐振频率，仅通过两贴片间距精准调谐高低频，适配手机狭长侧边、顶部窄边框布局；地板开槽零点设计：金属地板开设长通槽，在贴片中部形成电流零点，辐射主方向垂直机身朝外，大幅降低头部、手部遮挡带来的损耗；介质通孔磁壁边界：阵列金属通孔构成等效磁墙，隔离贴片耦合干扰，3～4.5GHz 频段驻波性能稳定。方案无需复杂多层堆叠，单层介质基板即可实现，大幅降低终端天线加工与调试成本。专利二：三层偶极宽带圆极化天线（CN122338439）卫星通信电磁波经电离层会发生法拉第极化旋转，普通线极化天线损耗严重，传统圆极化天线带宽窄、占用空间大。本三层复合偶极结构实现宽轴比、小型化圆极化辐射：三层分层辐射架构下层两支不对称垂直极化弯折偶极、上层单根水平折叠偶极，经一分三功分均衡馈电，正交极化合成优质圆极化；不对称谐振拓展带宽：两支垂直偶极尺寸差异化，形成双谐振点叠加，3.8GHz 卫星频段轴比全程小于 3dB，带宽显著拓宽；寄生耦合均衡电流：两侧寄生单元耦合偶极电流，消除弯折臂电流失衡，无需加厚金属层即可提升辐射效率；边框一体化集成：辐射单元贴合手机顶部绝缘边框内外侧，不占用主板核心空间，兼顾轻薄机身与天顶方向辐射波束。实测仿真显示该天线主辐射指向天空，大幅提升手机直连北斗、天通卫星搜星稳定性。三、产学研协同，补齐终端卫星射频天线短板两项专利由小米终端射频团队联合清华大学天线实验室联合攻关，覆盖极化可调、宽带圆极化两大卫星通信核心需求，技术亮点鲜明：场景针对性强完全适配智能手机、平板等消费电子直连卫星场景，解决遮挡、极化损耗、空间受限三大痛点；结构轻量化，兼容 LDS、FPC 主流终端天线工艺，可直接量产落地新一代小米卫星通信机型；底层射频创新打通蜂窝 + 卫星一体化天线设计思路，减少机内多天线隔离、互耦难题。业内射频研发人员表示，当下手机卫星通信普及加速，天线极化、带宽、机身空间成为性能瓶颈。小米联合清华两项专利从辐射拓扑底层重构，跳出传统贴片、单偶极设计局限，为国产终端卫星射频天线自主设计提供成熟可行架构，后续有望持续提升终端卫星收发灵敏度、拓宽可用通信频段。素材来源国家知识产权局公开专利：CN122338405、CN122338439，申请单位：北京小米移动软件有限公司、清华大学，申请日期 2025.01.02，公布日 2026.07.03 来源：射频学堂