L'actualité PCB - Comment choisir le matériau PCB pour les répartiteurs de puissance et les coupleurs

Les diviseurs de puissance et les combineurs sont les dispositifs à haute fréquence les plus utilisés / les plus courants, tout comme les coupleurs tels que les coupleurs directionnels. Ces dispositifs sont utilisés pour la distribution de puissance, la combinaison et le couplage de l'énergie haute fréquence d'une antenne ou d'un système, avec peu de pertes et de fuites. Le choix de la carte PCB est un facteur clé pour que ces appareils atteignent les performances attendues. Lors de la conception et de la manipulation de répartiteurs / combineurs / coupleurs de puissance, il est utile de comprendre comment les caractéristiques des matériaux PCB affectent les performances finales de ces appareils. Les limites comprennent la gamme de fréquences, la bande passante de fonctionnement et la capacité de puissance.

De nombreux circuits différents ont été utilisés pour concevoir des diviseurs de puissance (à leur tour, des combineurs) et des coupleurs, qui se présentent sous différentes formes. Les répartiteurs de puissance ont des points de puissance simples à deux canaux et des points de puissance complexes à n canaux, en fonction des besoins réels du système. Au cours des dernières années, de nombreux coupleurs directionnels différents et d'autres types de coupleurs ont également été développés, notamment des répartiteurs de puissance Wilkinson et résistifs, des coupleurs lange et des ponts d'économie d'énergie hybrides orthogonaux. Ils viennent dans de nombreuses formes et tailles différentes. Choisir le bon matériau de PCB dans ces conceptions de circuits aidera à obtenir des performances optimales.

Ces différents types de circuits affectent la structure et les performances de la conception, aidant les concepteurs à choisir des cartes pour différentes applications. Le répartiteur de puissance double Wilkinson utilise un seul signal d'entrée pour fournir un signal de sortie double d'amplitude et de phase égales. Il s'agit en fait d'un circuit "sans perte" destiné à fournir un signal inférieur de 3 DB (ou en d'autres termes) au signal original. Est la moitié du signal original) signal de sortie (la puissance de sortie de chaque port du répartiteur de puissance diminue à mesure que le nombre de ports de sortie augmente). En revanche, le répartiteur résistif à double puissance fournit un signal de sortie de 6 DB inférieur au signal original. L'impédance supplémentaire de chaque branche du répartiteur de puissance résistif augmente les pertes, mais augmente également l'isolation entre les deux signaux.

Comme pour de nombreuses conceptions de PCB, la constante diélectrique (DK) est souvent le point de départ pour choisir différents matériaux de PCB, et les concepteurs de répartiteurs de puissance / combineurs de puissance ont généralement tendance à utiliser des matériaux de circuit à forte permittivité, car ces matériaux peuvent fournir un couplage électromagnétique efficace dans des circuits de plus petite taille que les matériaux à faible permittivité. Les circuits à haute permittivité posent le problème que la permittivité dans la carte soit anisotrope ou que les valeurs de permittivité de la carte soient différentes dans les directions x, y et Z. Il est également difficile d'obtenir une ligne de transmission à impédance uniforme lorsque la constante diélectrique varie fortement dans le même sens.

Il est très important de maintenir l'Invariance de l'impédance lors de la réalisation des caractéristiques du répartiteur / combineur de puissance. Une variation de la constante diélectrique (impédance) entraînera une distribution inégale de l'énergie et de la puissance électromagnétiques. Heureusement, il existe des matériaux PCB commerciaux avec une excellente isotropie qui peuvent être utilisés pour ces circuits, tels que le matériau de circuit TMM 10i. Ces matériaux ont une constante diélectrique relativement élevée de 9,8 et sont maintenus à un niveau de 9,8 + / - 0245 (mesuré à 10 GHz) dans les trois directions de l'axe des coordonnées. On comprend également que, dans les lignes de transmission du répartiteur / combineur de puissance et du coupleur, une caractéristique d'impédance uniforme permet de rendre constante et mesurable la répartition de l'énergie électromagnétique dans le dispositif. Pour les matériaux PCB à permittivité diélectrique plus élevée, le stratifié TMM 13I a une permittivité diélectrique de 12,85 et la variation des trois axes est de + / - 0,35 (10 GHz).

Bien sûr, la constante diélectrique et les caractéristiques d'impédance ne sont que l'un des paramètres du matériau PCB à prendre en compte lors de la conception du répartiteur de puissance / combineur de puissance et du coupleur. Minimiser les pertes d'insertion est souvent un objectif important lors de la conception d'un circuit diviseur / combineur ou coupleur de puissance. Idéalement, le répartiteur de puissance double Wilkinson peut fournir deux ports de sortie - 3db ou la moitié de l'énergie électromagnétique d'entrée. En effet, chaque circuit diviseur / combineur de puissance (et coupleur) présente une certaine perte d'insertion, qui dépend généralement de la fréquence (les pertes augmentent également lorsque la fréquence augmente), de sorte que pour un circuit diviseur / combineur de puissance, en termes de conception, le choix du matériau PCB nécessite de réfléchir à La manière dont il peut être contrôlé, minimisant ainsi les pertes d'insertion du circuit.

Dans les dispositifs passifs à haute fréquence tels que les répartiteurs / combineurs de puissance ou les coupleurs, les pertes d'insertion sont en fait la somme de nombreuses pertes, y compris les pertes diélectriques, les pertes de conducteurs, les pertes radiatives et les pertes de fuite. Certaines de ces pertes peuvent être contrôlées par une conception minutieuse du circuit. Ils peuvent également dépendre des caractéristiques du matériau du PCB et peuvent être minimisés par un choix raisonnable du matériau du PCB. La désadaptation d'impédance (c'est - à - dire la perte spécifique d'onde stationnaire) peut entraîner des pertes, mais peut être réduite en choisissant un matériau PCB à constante diélectrique.

Il est essentiel de minimiser les pertes lors de la conception de séparateurs / combineurs et de coupleurs de puissance élevée, car à forte perte de puissance, les pertes de puissance seront converties en chaleur et dissipées dans les dispositifs et les matériaux PCB, la chaleur influençant les propriétés diélectriques du matériau. Les valeurs constantes (et les valeurs d'impédance) ont un impact.

En bref, lors de la conception et du traitement des diviseurs / combineurs de puissance haute fréquence et des coupleurs, le choix des matériaux de PCB doit être basé sur un certain nombre de caractéristiques matérielles clés différentes, y compris la valeur de la constante diélectrique, la continuité de la constante électrique intermédiaire du matériau et des facteurs environnementaux tels que la température. Pertes de conducteurs et capacité de puissance. Choisir un matériau PCB pour une application spécifique peut aider à concevoir un diviseur / combineur de puissance haute fréquence ou un coupleur réussi.