Leiterplattentechnisch - Auswahl von Leiterplattenmaterialien für HF-Hochleistungsanwendungen

Auswahl PCBMbeierialien für RF hoch Leisttttttttung Anwendungen

Obwohl es einige Hochleistungs-PCB-Anwendungen gibt, die nichts mes BalsisStbeiionen zu tun haben, beziehen sich die meisten Hochleistungs-PCB-Anwendungen auf BasisStbeiionen-Leistungsverstärker. Bei der Entwicklung solcher Hochleistungs-HF-Anwendungen müssen mehrere Überlegungen getrvonfen werden. Dieser Artikel konzentriert sich auf die Anwendung von PCB-basierten Basisstationen-Leistungsverstärkern, aber die hier diskutierten Grundkonzepte sind auch für undere Hochleistungsanwendungen anwendbar.

Die meisten Hochleistungs-HF-Anwendungen haben diermische Managementprobleme, und gutes WärmeManagement muss einige grundlegende Zusammenhänge berücksichtigen. Zum Beispiel in Bezug auf den Verlust, wenn die Signalleistung in den Stromkreis eingegeben wird, erzeugt der Stromkreis mit höhierm Verlust höhere Wärme; Die undere bezieht sich auf die Frequenz, je höher die Frequenz, deszu mehr Wärme wird erzeugt. Darüber hinaus verursacht die Zunahme der Wärme in jedem dielektrischen Material eine Änderung der Dk (dielektrische Konstante) des dielektrischen Materials, das heißt der Temperaturkoeffizient der dielektrischen Konstante (TCDk). Da die Verluständerungen zu Änderungen der Schaltungstemperatur führen, führen Temperaturänderungen zu Änderungen in Dk. Diese durch TCDk verursachte Dk-Änderung beeinflusst die Leistung der HF-Schaltung und kann Systemanwendungen beeinträchtigen.

Für die Wärme Verlust Beziehung, a Soderte von unterschiedlich Materialien and Entsprechend PCB-Eigenschaften kann be in Betracht gezogen. Manchmal, wenn Designer wählen geringe Verluste Materialien für PCB Anwendungen, diey kann nur Erwägen die Dissipation faczur (Df or Verlust tangent). Df is nur die dielektrisch Verlust von die Material, aber tunrt sind andere Verluste in die Schaltung. Die zutal Verlust von die Schaltung verwandt zu die Radio Frequenz Leistung is die Einfügen Verlust. Die Einfügen Verlust besteht aus von vier Verluste, die sind die Summe von die dielektrisch Verlust, conduczur Verlust, Strahlung Verlust and Leckage Verlust.

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 sollte klargestellt werden, dass die verlustbezogene Oberflächenrauheit die Oberflächenrauheit der Kupferfolie an der Kupfer-dielektrischen Schnittstelle ist, wenn das Laminat verarbeitet wird. Wenn das in der Schaltung verwendete Medium dünner ist, wird die Kupferfolienoberfläche näher sein. Zu diesem Zeitpunkt hat die Oberflächenrauheit der Kupferfolie 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 Shows dass Annahme die gleiche RF Leistung at zwei Frequenzen, mehr Wärme wird be generiert wenn die Frequenz is erhöht. Einnahme einige diermisch management Experimente durchgeführt von Rogers PCB as an Beispiel, it is gefunden dass die Wärme steigen von a Mikrostreifen Übertragung Linie geladen mit 80w RF Leistung at 3.6 GHz is über 50°C. Wann die gleiche Schaltung is geprüft mit 80w Leistung at 6.1 GHz Frequenz, the Wärme steigen is über 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 Hochleistungs-HF-Anwendungen sollte das Material niedriges Df, relativ glatte Kupferfolie, hohe Wärmeleitfähigkeit und niedrige TCDk aufweisen. Bei der Betrachtung dieser Materialeigenschaften und der Endanwendungsanforderungen müssen viele Kompromisse getroffen werden. Daher ist es bei der Auswahl von Materialien für Hochleistungs-HF-Anwendungen immer ratsam, sich an ihre Materiallieferanten zu wenden.