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Bien que certaines applications de PCB haute puissance ne soient pas liées à la station de base, la plupart des applications de PCB haute puissance sont liées aux amplificateurs de puissance de la station de base. Lors de la conception d'une telle application RF haute puissance, de nombreux aspects doivent être pris en compte. Cet article se concentre sur l'application des amplificateurs de puissance de station de base à base de PCB, mais les concepts de base discutés ici s'appliquent également à d'autres applications à haute puissance.
La plupart des applications RF de haute puissance ont des problèmes de gestion thermique et certaines relations de base doivent être prises en compte pour une bonne gestion thermique. Par example, lorsqu'une puissance de signal est introduite dans le circuit, un circuit à pertes plus élevées produira une chaleur plus élevée; L'autre est lié à la fréquence. Plus la fréquence est élevée, plus la chaleur est produite. De plus, l'augmentation de la chaleur dans tout matériau diélectrique entraîne une variation du matériau diélectrique DK (permittivité diélectrique), c'est - à - dire du coefficient de température de la permittivité diélectrique (tcdk). Une variation des pertes entraîne une variation de la température du circuit et une variation de la température entraîne une variation de DK. Cette variation de DK induite par tcdk affecte les performances du circuit radiofréquence et peut affecter l'application du système.
Pour la relation de perte de chaleur, divers matériaux différents et les caractéristiques correspondantes du PCB peuvent être pris en compte. Parfois, lorsque les concepteurs choisissent des matériaux à faible perte pour les applications de PCB, ils ne peuvent prendre en compte que le facteur de dissipation (DF ou tangente d'angle de perte). Le DF est simplement une perte diélectrique du matériau, mais il y aura d'autres pertes dans le circuit. La perte totale de circuit associée aux performances RF est la perte d'insertion, qui est composée de quatre pertes, à savoir la somme des pertes diélectriques, des pertes de conducteur, des pertes de rayonnement et des pertes de fuite.
Un circuit utilisant un matériau à très faibles pertes avec un DF de 0002 et une feuille de cuivre très lisse aura des pertes d'insertion relativement faibles. Cependant, si l'on utilise toujours le même circuit avec le même matériau à faibles pertes, mais en remplaçant le cuivre lisse par du cuivre électrolytique (ed) avec une grande rugosité, les pertes d'insertion augmenteront considérablement.
La rugosité de surface de la Feuille de cuivre affecte les pertes de conducteurs du circuit. Il doit être clair que la rugosité de surface liée aux pertes est la rugosité de surface de la Feuille de cuivre à l'interface cuivre - diélectrique lors du traitement du stratifié. De plus, si le support utilisé dans le circuit est mince, la surface de la Feuille de cuivre sera plus serrée. À ce stade, la rugosité de surface de la Feuille de cuivre aura un impact plus important sur les pertes d'insertion qu'un milieu relativement épais.
Pour les applications RF de forte puissance, la gestion thermique est souvent un problème courant et il est plus avantageux de choisir un stratifié avec un faible DF et une feuille de cuivre lisse. En outre, il est généralement sage de choisir un stratifié avec une conductivité thermique élevée. Une conductivité thermique élevée aidera à transférer efficacement la chaleur du circuit au radiateur.
La relation fréquence - chaleur suggère qu'en supposant la même puissance RF pour les deux fréquences, plus de chaleur sera produite à mesure que la fréquence augmente. Si l'on prend l'exemple de quelques expériences de gestion thermique réalisées par Rogers, on constate que la montée thermique d'une ligne de transmission microruban chargée de 80 W de puissance RF à la fréquence de 3,6 GHz est d'environ 50°C. Lorsque le même circuit est testé à la fréquence de 6,1 GHz avec une puissance de 80 W, la montée thermique est d'environ 80°c.
Il existe de nombreuses raisons pour lesquelles la température augmente avec la fréquence. L'une des raisons est que le DF du matériau augmente avec la fréquence, ce qui entraînera plus de pertes diélectriques et, finalement, plus de pertes d'insertion et de chaleur. Un autre problème est que les pertes de conducteurs augmentent avec la fréquence. L'augmentation des pertes de conducteurs est presque due à la diminution de la profondeur de la peau avec l'augmentation de la fréquence. De plus, à mesure que la fréquence augmente, le champ électrique devient plus dense et il y aura une plus grande densité de puissance dans une zone donnée du circuit, ce qui augmentera également la chaleur.
Enfin, le tcdk du matériau est mentionné plusieurs fois dans cet article. C'est une propriété intrinsèque des matériaux dont le DK varie avec la température et une propriété souvent négligée. Pour les circuits d'amplification de puissance, une ligne de 1 / 4 de longueur d'onde est utilisée dans un réseau adapté, ce qui est très sensible aux fluctuations DK. Lorsque DK varie beaucoup, l'adaptation de longueur d'onde 1 / 4 est décalée, ce qui entraîne un changement d'efficacité de l'amplificateur de puissance, ce qui est très indésirable.
En conclusion, lors du choix d'un matériau haute fréquence pour une application de PCB RF haute puissance, le matériau doit avoir un faible DF, une feuille de cuivre relativement lisse, une conductivité thermique élevée et un faible tcdk. De nombreux compromis sont nécessaires lorsque l'on considère ces caractéristiques des matériaux et les exigences de l'utilisation finale. Par conséquent, lors du choix d'un matériau pour une application RF haute puissance, il est toujours sage pour les concepteurs de contacter les fournisseurs de matériaux.
