Mikrowellen-Technik - Diskussion über die thermische Wirkung von Hochfrequenz-Leiterplattenschaltung

Weinn die hf/Mikrowelle f Signal isttttttttttttttttt gefüttert in die Hochfrequenz-Leiterplbeitenschaltung Brett, die Verlust verursacht vauf die Schaltung sich selbst und die Schaltung Mbeierial wird unvermeidlich generieren a bestimmte Betrag vauf Wärme. Die größer die Verlust, die höher die Leistung Palssieren durch die PCB Mbeierial, und die größer die Wärme generiert wird be. Weinn die Betrieb Temperatur von die Schaltung übersteigt die bewertet Wert, einige Probleme kann treten auf mit die Schaltung. Für Beispiel, a typisch Betrieb Parameter bekannt zu Leiterplatten is MOT oder maximal Betrieb Temperatur. Wann die Betrieb Temperatur übersteigt die MOT, die Leistung und Zuverlässigkeit von die PCB Schaltung wird be bedroht. Durch die Kombination von elektromagnetisch Modellierung und experimentell Messung, Verständnis die diermisch Eigenschaften von HF Mikrowellenplatine kann Hilfe zu vermeiden Schaltung Leistung Abbau und Zuverlässigkeit Abbau verursacht von hoch Temperatur.

1., Strahlungsverlust

Der Strahlungsverlust hängt von der Betriebsfrequenz, der Dicke des Schaltungssubstrats, der dielektrischen Konstante (relative dielektrische Konstante oder ε R) der Leiterplatte und vielen unteren Schaltungsparametern wie dem Entwufsschema ab. In Bezug auf Entwurfsschemata Ergebnisieren Strahlungsverluste vont aus einer schlechten Impedanzkonversion in der Schaltung oder Unterschieden in der elektromagnetischen Wellenübertragung in der Schaltung. Der Schaltungsimpedanzantragsbereich umfalsst normalerweise Signaleingangsbereich, Schrittimpedanzpunkt, Stubleitung und palssendes Netzwerk. Ein vernünftiges Schaltungsdesign kann eine glatte Impedanztransfürmation realisieren und so den Strahlungsverlust des Schaltkreises reduzieren. Natürlich sollte erkannt werden, dalss es an jeder Schnittstelle des Schaltkreises die Möglichkeit einer Impedanzanpalssung gibt, die zu Strahlungsverlusten führt. Aus der Perspektive der Betriebsfrequenz, je höher die Frequenz, deszu größer ist der Strahlungsverlust des Schaltkreises.

Die Parameter von SchaltungsMaterialien im Zusammenhang mit Strahlungsverlust sind hanach obentsächlich dielektrische Konstante und LeiterplattenMaterialdicke. Je dicker dals Schaltungssubstrat, deszu größer ist die Möglichkeit des Strahlungsverlusts; Je niedriger der ε R des LeiterplattenMaterialien, deszu größer ist der Strahlungsverlust des Schaltkreises. Die Verwendung eines dünnen Kreislaufsubstrats kann als Möglichkeit verwendet werden, die Strahlungsverluste durch niedrige ε R-SchaltungsMaterialien in einer Kombination von Materialeigenschaften auszugleichen. Der Einfluss von Substratdicke und ε R auf den Strahlungsverlust des Schaltkreises liegt darin, dass es sich um eine frequenzabhängige Funktion hundelt. Wenn die Dicke des Schaltungssubstrats nicht mehr als 20mIL ist und die Betriebsfrequenz kleiner als 20GHz ist, ist der Strahlungsverlust des Schaltkreises sehr gering. Da die meisten SchaltungsModelllierungs- und Messfrequenzen in diesem Beitrag unter 20GHz liegen, werden die Auswirkungen von Strahlungsverlusten auf die Schaltungsheizung in dieser Diskussion ignoriert.

Nachdem der Strahlungsverlust unter 20GHz ignoriert wird, umfasst die Einfügedämpfung der Mikrostrewennen-Übertragungsleitungsschaltung hauptsächlich zwei Teile: dielektrische Verluste und Leiterverluste, deren Anteil hauptsächlich von der Dicke des Schaltungssubstrats abhängt. Für das dünnere Substrat ist der Leiterverlust die Hauptkomponente. Aus vielen Gründen ist es schwierig, Leiterverluste genau vorherzusagen. Beispielsweise hat die Oberflächenrauheit eines Leiters einen großen Einfluss auf die Ausbreitungseigenschaften elektromagnetischer Wellen. Die Oberflächenrauheit der Kupferfolie ändert nicht nur die elektromagnetische Wellenausbreitungskonstante des Mikrostreifenleitungskreislaufes, sondern erhöht auch den Leiterverlust. Aufgrund des Hauteffekts hängt der Einfluss der Kupferfolienrauhigkeit auf den Leiterverlust auch mit der Frequenz zusammen.

2, Diermisches Modell

In einer Mikrostreifenleitungsschaltung fungiert die obere Leiterschicht als Signalebene, die untere Leiterschicht als Masseebene und die dielektrische Schicht wird zwischen den beiden Ebenen gefüllt. Nehmen wir an, dass die Signalebene als Wärmequelle fungiert und die Wärme durch die Signalebene erzeugt wird, die Erdungsebene einen Kühlkörper hat und als kalte Quelle fungiert, und das Substrat als Wärmeleiter fungiert, um Wärme von der Signalebene auf die Erdungsebene zu übertragen. Obwohl der eigentliche Wärmeerzeugungsprozess in Mikrostreifenkreisen komplex ist, sind solche Annahmen für einfache diermische Modelle akzeptabel. Das Schaltungssubstrat ist ein sehr schlechter Wärmeleiter. Zum Beispiel ist Kupfer ein guter Wärmeleiter, seine Wärmeleitfähigkeit von 400W/m/K; Die Wärmeleitfähigkeit der meisten kommerziellen PCB-Substrate ist jedoch weit geringer als dieser Wert, nur 0,2 bis 0,3W /m/K. Die Wärmestromgleichung erklärt, warum dünne Kreisläufe (kleiner L) den Wärmefluss verbessern und eine bessere Wärmeableitung bei hohen Leistungsniveaus erreichen können. Gleichzeitig kann ein Substrat mit hoher Wärmeleitfähigkeit unter Bedingungen mit hoher Leistung im Vergleich zu Substrat mit niedriger Wärmeleitfähigkeit einen höheren Wärmefluss und eine bessere Wärmeableitung erzielen.

Die rf Mikrowelle Leistung von PCB is begrenzt von die MOT von die Schaltung und die Arbeit Umwelt von die Schaltung. Die Leistung Ebene is akzeptabel if die Last Leistung tut nicht Ursache die Schaltung zu Wärme mehr als die MOT von die Schaltung. Von Kurs, die geladen Leistung wird Ursache die Schaltung zu Wärme up und machen die Schaltung Temperatur übersteigen die extern Umgebung Temperatur. Wann die extern Temperatur is +25°C, die Wärme generiert von die geladen RF Mikrowelle Leistung tut nicht übersteigen die MOT. Wann die gleiche Leistung Ebene is angewundt zu die Schaltung at an extern Temperatur von +50°C, die Wärme generiert von die Schaltung kann übersteigen die MOT und Ursache Probleme mit die Schaltung. Als analysiert oben, die Leistung von Hochfrequenz-Leiterplatte Leiterplatte auch hängt ab on die extern Arbeit Umwelt zu einige Umfang.

3, Einflussfakzur

An besser unterstund die Fakzuren beeinträchtigt die diermisch Leistung von die PCB Schaltung, die 50-Ohm Mikrostreifen Übertragung Linie Schaltung mit die Struktur von Abbildung 1 und Abbildung 2 war verwendet zu tragen raus die Forschung. Circuseine mit unterschiedlich Dicken und unterschiedlich Kupfer Rauheit wsindn maschinell bearbeitet on die gleiche Typ von PCB material. In Zusatz, in Zusatz zu die fest gekoppelt Bodened Coplanar Wellenleiter Mikrostreifen Schaltungen maschinell bearbeitet on die niedrig-Verlust PCB Materialien, Schaltungen wsindn maschinell bearbeitet on die hoch-Verlust Leiterplattenmaterialien für Bewertung. Die Eingabe RF Mikrowelle Leistung Bereiche von 5W zu 85W, und alle Schaltungs haben zurück Verluste größer als 18dB at 3.4GH mit a 0.25 Zoll abgedeckt Kupfer FVerluste. Die Schaltung is beschichtet mit COOLSPAN® electrodiermisch Leiter Film. Dies diermosetting Kleber material hat a diermisch Leitfähigkeit von 6 W/m/K.

Zur Aufzeichnung der Kreislaufheizung unter bestimmten Leistungsbedingungen wurde ein Infrarotkamera verwendet. Um die Genauigkeit der Messung zu gewährleisten, sollten die Farbe des Schaltkreises und seiner Oberfläche im Sichtfeld des Infrarotkameras konsistent sein. Die Verwendung von schwarzer Farbe als Oberflächenweitbe ermöglicht es der Wärmebildkamera, genaue Wärmebilder zu erhalten. Der Nachteil ist, dass die Verwendung von schwarzer Farbe die Einführungsverluste an Übertragungsleitungen erhöht. Eine Erhöhung der Einführungsverluste führt zu einer Zunahme der aufgezeichneten Wärme, die als ungünstigste Wärme angesehen werden kann. Darüber hinaus ist der Effekt der Einfügedämpfung (Temperaturanstieg) auf den koplansindn Erdwellenleiter größer als der der Mikrostreifenschaltung, da das ErdungsSignal des koplanaren Wellenleiters mit schwarzer Farbe bedeckt ist und die Stromdichte in diesem Bereich hoch ist.

4., Schlussfolgerung

From die Perspektive von Wärme Steuerung, unterschiedlich Fakzuren von Einfügen Verlust, a einfach diermisch model, und einige Haupt Schaltung material Parameter are analysiert zu verstehen die diermisch Wirkung von die Leiterplattenschaltung unter die Zustund von hoch Leistung RF und Mikrowelle Signal. In allgemein, relativ dünn Schaltung Materialien, hoch diermisch Leitfähigkeit, glatt Kupfer Folie Oberfläche, und niedrig loss Faktor are förderlich to Verringerung die Wärmeing Wirkung von Hochfrequenz-Leiterplatte unter die Zustund von hoch Leistung RF und Mikrowelle Signal.