PCB-Neuigkeiten - Auswahl von Leiterplattenmaterialien für HF-Hochleistungsanwendungen

Obwohl es einige High-Power- Leiterplatte Anwendungen, die nichts mit Basisstationen zu tun haben, höchste Leistung Leiterplatte Anwendungen beziehen sich auf Basisstationen Leistungsverstärker. Bei der Entwicklung solcher Hochleistungs-HF-Anwendungen, Es müssen mehrere Überlegungen getroffen werden. Dieser Artikel konzentriert sich auf die Anwendung von Basisstationen-Leistungsverstärkern basierend auf Leiterplattes, Die hier diskutierten Grundkonzepte sind aber auch auf andere Hochleistungsanwendungen anwendbar.

Die meisten Hochleistungs-HF-Anwendungen haben Probleme mit dem Wärmemanagement, und gutes Wärmemanagement muss einige grundlegende Zusammenhänge berücksichtigen. Zum Beispiel, das Verhältnis zum Verlust, wenn die Eingangssignalleistung in der Schaltung, je höher der Verlust des Stromkreises erzeugt höhere Wärme; das andere hängt mit der Frequenz zusammen, Je höher die Frequenz erzeugt mehr Wärme. Darüber hinaus, the increase of heat in any dielectric material will cause a change in the Dk (dielectric constant) of the dielectric material, das ist, the temperature coefficient of dielectric constant (TCDk). Da die Verluständerungen zu Änderungen der Schaltungstemperatur führen, Temperaturänderungen führen zu Veränderungen in Dk. Diese durch TCDk verursachte Dk-Änderung wirkt sich auf die Leistung des HF-Schaltkreises aus und kann Systemanwendungen beeinträchtigen.

Für die Wärmeverlustbeziehung, Eine Vielzahl verschiedener Materialien und entsprechende PCB-Eigenschaften können berücksichtigt werden. Manchmal, wenn Designer verlustarme Materialien für Leiterplatte Anwendungen, they may only consider the dissipation factor (Df or loss tangent). Df ist nur der dielektrische Verlust des Materials, aber es gibt andere Verluste in der Schaltung. Der Gesamtverlust der Schaltung bezogen auf die Hochfrequenzleistung ist die Einfügedämpfung. Die Einfügedämpfung besteht aus vier Verlusten, die Summe des dielektrischen Verlustes sind, Leiterverlust, Strahlungsverluste und Leckageverluste.

Schaltungen mit extrem verlustarmen Materialien mit einem Df von 0.002 und sehr glatter Kupferfolie weisen relativ geringe Einfügedämpfung auf. Wenn jedoch immer noch derselbe Schaltkreis mit demselben verlustarmen Material verwendet wird, aber die Verwendung von elektrolytischem Kupfer (ED) mit großer Rauheit anstelle von glattem Kupfer führt zu einer signifikanten Erhöhung der Einführungsverluste.

Die Oberflächenrauheit der Kupferfolie beeinflusst den Leiterverlust der Schaltung. Es muss klar sein, dass die mit Verlust verbundene Oberflächenrauheit die Oberflächenrauheit der Kupferfolie an der Kupfer-dielektrischen Schnittstelle ist, wenn die PCB-Laminat wird verarbeitet. Darüber hinaus, wenn das in der Schaltung verwendete Medium dünner ist, die Oberfläche der Kupferfolie wird näher sein. Zur Zeit, Die Oberflächenrauheit der Kupferfolie hat einen größeren Einfluss auf den Einfügeverlust als ein relativ dickes Medium.

Für Hochleistungs-HF-Anwendungen ist Wärmemanagement normalerweise ein häufiges Problem, und es ist vorteilhafter, ein Laminat mit niedrigem Df und glatter Kupferfolie zu wählen. Darüber hinaus ist es in der Regel ratsam, ein Laminat mit hoher Wärmeleitfähigkeit zu wählen. Hohe Wärmeleitfähigkeit wird helfen und effektiv Wärme vom Kreislauf auf den Kühlkörper übertragen.

Die Frequenz-Wärme-Beziehung zeigt, dass bei gleicher HF-Leistung bei zwei Frequenzen mehr Wärme erzeugt wird, wenn die Frequenz erhöht wird. Am Beispiel einiger von Rogers durchgeführten thermischen Management-Experimente wird festgestellt, dass der Wärmeanstieg einer Mikrostreifen-Übertragungsleitung, die mit 80w HF-Leistung bei 3,6 GHz belastet wird, etwa 50°C beträgt. Wenn derselbe Schaltkreis mit 80w Leistung bei 6.1 GHz Frequenz getestet wird, ist der Wärmeanstieg etwa 80°C.

Es gibt viele Gründe, warum die Temperatur mit zunehmender Häufigkeit ansteigt. Einer der Gründe ist, dass die Df des Materials mit zunehmender Frequenz zunimmt, was zu mehr dielektrischen Verlusten führt und letztendlich zu einem Anstieg von Einführungsverlusten und Wärme führt. Ein weiteres Problem ist, dass der Leiterverlust mit der Frequenz zunimmt. Der Anstieg des Leiterverlustes ist fast darauf zurückzuführen, dass die Hauttiefe mit zunehmender Frequenz abnimmt. Darüber hinaus wird mit zunehmender Frequenz das elektrische Feld dichter werden, und es wird eine größere Leistungsdichte in einem bestimmten Bereich des Stromkreises geben, was auch die Wärme erhöht.

Schließlich wurde der TCDk eines Materials in diesem Artikel mehrfach erwähnt. Es ist eine inhärente Eigenschaft des Materials, dessen Dk sich mit der Temperatur ändert, und es ist eine Materialeigenschaft, die oft übersehen wird. Für Leistungsverstärkerschaltungen gibt es 1/4-Wellenlängen-Leitungen im Design für übereinstimmende Netzwerke, die sehr empfindlich auf Dk-Schwankungen reagieren. Wenn sich Dk signifikant ändert, verschiebt sich die 1/4-Wellenlängenanpassung, was zu einer Änderung der Effizienz des Leistungsverstärkers führt, was sehr unerwünscht ist.

Kurz gesagt, bei der Auswahl eines Hochfrequenzmaterials für hohe Leistung HF-Leiterplatte Anwendungen, das Material sollte einen niedrigen Df haben, relativ glatte Kupferfolie, hohe Wärmeleitfähigkeit und niedrige TCDk. Bei der Betrachtung dieser Materialeigenschaften und der Endanwendungsanforderungen, viele Kompromisse müssen getroffen werden. Daher, bei der Materialauswahl für Hochleistungs-HF-Anwendungen, Es ist immer ratsam, dass Designer ihre Materiallieferanten kontaktieren.