Noticias de PCB - Selección de materiales de PCB para aplicaciones de alta potencia de radiofrecuencia

Aunque algunas aplicaciones de PCB de alta potencia no tienen nada que ver con la estación base, la mayoría de las aplicaciones de PCB de alta potencia están relacionadas con el amplificador de potencia de la estación base. Al diseñar tales aplicaciones de radiofrecuencia de alta potencia, hay que tener en cuenta muchos aspectos. Este artículo se centra en la aplicación del amplificador de potencia de la Estación base basado en pcb, pero los conceptos básicos discutidos aquí también son aplicables a otras aplicaciones de alta potencia.

La mayoría de las aplicaciones de radiofrecuencia de alta potencia tienen problemas de gestión térmica, y es necesario considerar algunas relaciones básicas para hacer un buen trabajo de gestión térmica. Por ejemplo, cuando la Potencia de la señal se introduce en el circuito, el circuito con una mayor pérdida producirá un mayor calor; El otro está relacionado con la frecuencia. Cuanto mayor sea la frecuencia, mayor será el calor generado. Además, el aumento del calor en cualquier material dieléctrico causará cambios en el material dieléctrico DK (constante dieléctrica), es decir, el coeficiente de temperatura de la constante dieléctrica (tcdk). Los cambios en las pérdidas provocan cambios en la temperatura del circuito y los cambios en la temperatura provocan cambios en el dk. este cambio en el DK causado por el tcdk afecta el rendimiento del Circuito de radiofrecuencia y puede afectar la aplicación del sistema.

Para la relación de pérdida de calor, se pueden considerar varios materiales diferentes y las características de PCB correspondientes. A veces, cuando los diseñadores eligen materiales de baja pérdida para aplicaciones de pcb, solo pueden considerar factores de disipación (df o Corte de ángulo de pérdida). DF es solo una pérdida dieléctrica del material, pero habrá otras pérdidas en el circuito. La pérdida total del circuito relacionada con el rendimiento de radiofrecuencia es la pérdida de inserción, que se compone de cuatro pérdidas, a saber, la suma de la pérdida dieléctrica, la pérdida del conductor, la pérdida de radiación y la pérdida de fuga.

Los circuitos que utilicen un material de pérdida muy baja con un DF de 0002 y una lámina de cobre muy Lisa tendrán una pérdida de inserción relativamente baja. Sin embargo, si se sigue utilizando el mismo Circuito con el mismo material de baja pérdida, pero se utiliza Cobre electrolítico (ed) con gran rugosidad en lugar de cobre liso, la pérdida de inserción aumentará significativamente.

La rugosidad de la superficie de la lámina de cobre afectará la pérdida del conductor del circuito. Debe quedar claro que la rugosidad superficial relacionada con la pérdida es la rugosidad superficial de la lámina de cobre en la interfaz cobre - dieléctrico al manipular el laminado. Además, si el medio utilizado en el circuito es más delgado, la superficie de la lámina de cobre será más estrecha. En este momento, la rugosidad de la superficie de la lámina de cobre tendrá un mayor impacto en la pérdida de inserción que el medio relativamente grueso.

Para las aplicaciones de radiofrecuencia de alta potencia, la gestión térmica suele ser un problema común, y es más ventajoso elegir laminados con bajo DF y láminas de cobre lisas. Además, suele ser prudente elegir laminados con alta conductividad térmica. La Alta conductividad térmica ayudará a transferir eficazmente el calor del Circuito al disipador de calor.

La relación frecuencia - calor indica que, suponiendo que la Potencia de radiofrecuencia de las dos frecuencias sea la misma, se producirá más calor a medida que aumente la frecuencia. Tomando como ejemplo algunos experimentos de gestión térmica realizados por rogers, se encontró que el aumento térmico de las líneas de transmisión de MICROSTRIP cargadas con una potencia de radiofrecuencia de 80 W a una frecuencia de 3,6 GHz fue de unos 50 ° c. cuando se probó el mismo Circuito a una frecuencia de 6,1 ghz, se probó con una potencia de 80 W y el aumento térmico fue de unos 80 ° c.

Hay muchas razones por las que la temperatura aumenta con el aumento de la frecuencia. Una razón es que el DF del material aumentará a medida que aumente la frecuencia, lo que provocará una mayor pérdida dieléctrica y, en última instancia, aumentará la pérdida de inserción y el calor. Otro problema es que la pérdida del conductor aumenta con el aumento de la frecuencia. El aumento de la pérdida de conductores se debe casi a la disminución de la profundidad de la piel con el aumento de la frecuencia. Además, a medida que aumenta la frecuencia, el campo eléctrico será más denso y habrá una mayor densidad de potencia en una zona dada del circuito, lo que también aumentará el calor.

Finalmente, este artículo menciona repetidamente el tcdk del material. Es una característica inherente del material DK que cambia con la temperatura, y también es una característica del material que a menudo se ignora. Para los circuitos de amplificación de potencia, se utilizan líneas de 1 / 4 de onda de largo en redes emparejadas, lo que es muy sensible a las fluctuaciones de dk. Cuando el DK cambia mucho, la coincidencia de longitud de onda de 1 / 4 se desviará, lo que provocará cambios en la eficiencia del amplificador de potencia, lo cual es muy indeseable.

En resumen, al seleccionar materiales de alta frecuencia para aplicaciones de PCB de radiofrecuencia de alta potencia, los materiales deben tener baja df, lámina de cobre relativamente lisa, alta conductividad térmica y baja tcdk. Al considerar los requisitos de propiedad y uso final de estos materiales, se necesitan muchas compensaciones. Por lo tanto, siempre es prudente que los diseñadores se pongan en contacto con los proveedores de materiales al seleccionar materiales para aplicaciones de radiofrecuencia de alta potencia.