PCB-Neuigkeiten - Wählen Sie Leiterplattenmaterialien für HF-Hochleistungsanwendungen aus

Obwohl einige High-Power- PCB Anwendungen sind unabhängig von der Basisstation, höchste Leistung PCB Anwendungen beziehen sich auf den Leistungsverstärker der Basisstation. Bei der Entwicklung solcher Hochleistungs-HF-Anwendungen, viele Aspekte müssen berücksichtigt werden. Dieser Artikel konzentriert sich auf die Anwendung von Basisstationen-Leistungsverstärkern basierend auf PCB, Die hier diskutierten Grundkonzepte sind aber auch auf andere Hochleistungsanwendungen anwendbar.

Die meisten Hochleistungs-HF-Anwendungen haben thermische Managementprobleme, und einige grundlegende Zusammenhänge müssen berücksichtigt werden, um im thermischen Management gut zu funktionieren. Wenn beispielsweise die Signalleistung in den Stromkreis eingegeben wird, erzeugt der Stromkreis mit höherem Verlust höhere Wärme; Das andere hängt mit der Frequenz zusammen. Je höher die Frequenz, desto mehr Wärme wird erzeugt. Darüber hinaus verursacht die Zunahme der Wärme in jedem dielektrischen Material die Änderung des dielektrischen Materials DK (dielektrische Konstante), das heißt der dielektrische konstante Temperaturkoeffizient (tcdk). Die Änderung des Verlustes führt zur Änderung der Schaltungstemperatur, und die Änderung der Temperatur führt zur Änderung der DK. Diese DK-Änderung, die durch tcdk verursacht wird, beeinflusst die Leistung der HF-Schaltung und kann die Systemanwendung beeinflussen.

Für die Wärmeverlustbeziehung können eine Vielzahl verschiedener Materialien und entsprechende PCB-Eigenschaften berücksichtigt werden. Manchmal, wenn Designer Materialien mit geringem Verlust für PCB-Anwendungen wählen, können sie nur den Dissipationsfaktor (DF oder Verlusttangente) berücksichtigen. DF ist nur der dielektrische Verlust des Materials, aber es wird andere Verluste in der Schaltung geben. Der Gesamtkreisverlust in Verbindung mit der HF-Leistung ist Einfügedämpfung, die aus vier Verlusten besteht, die die Summe aus dielektrischem Verlust, Leiterverlust, Strahlungsverlust und Leckageverlust ist.

Schaltungen mit sehr verlustarmen Materialien mit DF von 0.002 und sehr glatter Kupferfolie haben relativ geringe Einfügedämpfung. Wenn jedoch immer noch derselbe Schaltkreis mit demselben verlustarmen Material verwendet wird, aber elektrolytisches Kupfer (ED) mit großer Rauheit anstelle von glattem Kupfer verwendet wird, erhöht sich die Einfügedämpfung erheblich.

Die Oberflächenrauheit der Kupferfolie beeinflusst den Leiterverlust der Schaltung. Es sollte klar sein, dass die verlustbezogene Oberflächenrauheit die Oberflächenrauheit von Kupferfolie an der dielektrischen Kupfergrenzfläche bei der Verarbeitung von Laminaten ist. Wenn das in der Schaltung verwendete Medium dünn ist, wird die Kupferfolienoberfläche näher sein. Zu diesem Zeitpunkt hat die Oberflächenrauheit der Kupferfolie einen größeren Einfluss auf den Einfügeverlust als das relativ dicke Medium.

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

Die Frequenzwärmebeziehung zeigt, dass bei gleicher HF-Leistung bei beiden Frequenzen mehr Wärme erzeugt wird, wenn die Frequenz steigt. Unter Verwendung einiger thermischer Management-Experimente, die von Rogers als Beispiele durchgeführt wurden, wird festgestellt, dass der Wärmeanstieg der Mikrostreifen-Übertragungsleitung, die mit 80W RF-Leistung bei 3.6 GHz-Frequenz belastet wird, etwa 50° C beträgt. Wenn derselbe Schaltkreis mit 80W-Leistung bei 6.1 GHz getestet wird, beträgt der Wärmeanstieg etwa 80° C.

Es gibt viele Gründe, warum die Temperatur mit zunehmender Frequenz ansteigt. Ein Grund ist, dass der DF des Materials mit der Zunahme der Frequenz zunimmt, was zu mehr dielektrischen Verlusten führt und schließlich den Einführungsverlust und die Wärme erhöht. Ein weiteres Problem ist, dass der Leiterverlust mit zunehmender Frequenz zunimmt. Der Anstieg des Leiterverlustes ist fast auf die Abnahme der Hauttiefe mit der Zunahme der Frequenz zurückzuführen. Darüber hinaus wird mit der Zunahme der Frequenz das elektrische Feld dichter sein, und es wird eine größere Leistungsdichte in einem bestimmten Bereich des Stromkreises geben, was auch die Wärme erhöht.

Schließlich wurde tcdk von Materialien oft in diesem Artikel erwähnt. Es ist eine inhärente Eigenschaft von Materialien, deren DK sich mit der Temperatur ändert, und es ist eine Materialeigenschaft, die oft ignoriert wird. Für Leistungsverstärkerschaltungen werden 1,4-Wellenlängenleitungen in passenden Netzwerken verwendet, die sehr empfindlich auf DK-Schwankungen reagieren. Wenn sich DK stark ändert, verschiebt sich die Wellenlängenanpassung von 1,4, was zur Änderung der Effizienz des Leistungsverstärkers führt, was sehr unerwünscht ist.

Abschließend, when selecting high-frequency materials for high-power HF-Leiterplatte Anwendungen, die Materialien sollten einen niedrigen DF haben, relativ glatte Kupferfolie, hohe Wärmeleitfähigkeit und geringe tcdk. Bei der Betrachtung dieser Materialeigenschaften und der Endverwendungsanforderungen sind viele Kompromisse zu treffen.. Daher, Es ist immer ratsam, dass Konstrukteure ihre Materiallieferanten kontaktieren, wenn sie Materialien für Hochleistungs-HF-Anwendungen auswählen..