用于量子芯片接口 PCB 设计的 FR4 微波介电特性在低温下的估计

如今，专用接口 PCB（印刷电路板）是低温线缆与量子芯片之间的标准连接。除了低损耗和低温度依赖性介电常数材料外，阻燃等级 4（FR4）为低温 PCB 的制造提供了低成本解决方案。在此，我们报告了一种有效评估用作低温微波 PCB 基板的 FR4 层压板介电性能的方法。我们设计了一个共面波导 ${\lambda}/2$ 开路串联谐振器，并采用低成本制造工艺制作了该 PCB，获得的面内几何特征与 PCB 设计相比最大偏差为 50-100 um。这样的几何结构可利用谐振器的谐振峰来测量复介电常数随温度的变化。谐振峰频率被用于估计实介电常数，达到了 -470 MHz 的灵敏度和 1.2x10^-2 的分辨率。类似地，谐振峰幅度被用于外推损耗角正切，灵敏度约为 -337 dB，分辨率为 1.6x10^-4。对于所用的 FR4 层压板，我们估计在 300 至 4 K 温度范围内实介电常数降低了 9%，损耗角正切降低了 70%。所提出的方法可立即推广到任何种类基板的低温温度依赖性介电性能检测。