Notizie PCB - Selezionare i materiali PCB per applicazioni RF ad alta potenza

Sebbene alcune applicazioni PCB ad alta potenza siano indipendenti dalla stazione base, la maggior parte delle applicazioni PCB ad alta potenza sono correlate all'amplificatore di potenza della stazione base. Quando si progettano tali applicazioni RF ad alta potenza, molti aspetti devono essere considerati. Questo articolo si concentra sull'applicazione dell'amplificatore di potenza della stazione base basato su PCB, ma i concetti di base discussi qui sono applicabili anche ad altre applicazioni ad alta potenza.

La maggior parte delle applicazioni RF ad alta potenza hanno problemi di gestione termica e alcune relazioni di base devono essere considerate per fare bene nella gestione termica. Ad esempio, quando la potenza del segnale viene immessa nel circuito, il circuito con perdita maggiore produrrà calore più elevato; L'altro è legato alla frequenza. Più alta è la frequenza, più calore sarà generato. Inoltre, l'aumento di calore in qualsiasi materiale dielettrico causerà il cambiamento del materiale dielettrico DK (costante dielettrica), cioè il coefficiente di temperatura costante dielettrico (tcdk). Il cambiamento di perdita porta al cambiamento della temperatura del circuito e il cambiamento di temperatura porta al cambiamento di DK. Questo cambiamento di DK causato da tcdk influenzerà le prestazioni del circuito RF e può influenzare l'applicazione del sistema.

Per la relazione di perdita di calore, possono essere prese in considerazione una varietà di materiali diversi e caratteristiche PCB corrispondenti. A volte, quando i progettisti scelgono materiali a bassa perdita per le applicazioni PCB, possono considerare solo il fattore di dissipazione (DF o tangente di perdita). DF è solo la perdita dielettrica del materiale, ma ci saranno altre perdite nel circuito. La perdita totale del circuito relativa alle prestazioni RF è la perdita di inserzione, che è composta da quattro perdite, che è la somma di perdita dielettrica, perdita del conduttore, perdita di radiazione e perdita di perdita.

I circuiti che utilizzano materiali a perdita molto bassa con DF di 0,002 e foglio di rame molto liscio avranno una perdita di inserzione relativamente bassa. Tuttavia, se lo stesso circuito con lo stesso materiale a bassa perdita viene ancora utilizzato, ma viene utilizzato rame elettrolitico (ED) con grande rugosità al posto del rame liscio, la perdita di inserzione aumenterà significativamente.

La rugosità superficiale della lamina di rame influenzerà la perdita del conduttore del circuito. Dovrebbe essere chiaro che la rugosità superficiale relativa alla perdita è la rugosità superficiale della lamina di rame all'interfaccia dielettrica di rame durante la lavorazione dei laminati. Inoltre, se il mezzo utilizzato nel circuito è sottile, la superficie della lamina di rame sarà più vicina. In questo momento, la rugosità superficiale della lamina di rame avrà un impatto maggiore sulla perdita di inserzione rispetto al mezzo relativamente spesso.

Per le applicazioni RF ad alta potenza, la gestione termica è solitamente un problema comune ed è più vantaggioso scegliere laminati con basso DF e foglio di rame liscio. Inoltre, di solito è saggio scegliere laminati con alta conducibilità termica. L'alta conducibilità termica aiuterà e trasferirà efficacemente il calore dal circuito al radiatore.

La relazione termica di frequenza mostra che assumendo la stessa potenza RF ad entrambe le frequenze, più calore sarà generato man mano che la frequenza aumenta. Prendendo alcuni esperimenti di gestione termica condotti da Rogers come esempi, si scopre che l'aumento di calore della linea di trasmissione microstrip caricata con potenza RF 80W alla frequenza 3,6 GHz è di circa 50 ° C. Quando lo stesso circuito viene testato con potenza 80W a 6,1 GHz, l'aumento di calore è di circa 80 ° C.

Ci sono molte ragioni per cui la temperatura aumenta con l'aumento della frequenza. Una ragione è che il DF del materiale aumenterà con l'aumento della frequenza, che porterà a più perdite dielettriche e alla fine aumenterà la perdita di inserzione e calore. Un altro problema è che la perdita del conduttore aumenta con l'aumento della frequenza. L'aumento della perdita del conduttore è quasi dovuto alla diminuzione della profondità della pelle con l'aumento della frequenza. Inoltre, con l'aumento della frequenza, il campo elettrico sarà più denso e ci sarà una maggiore densità di potenza in una data area del circuito, che aumenterà anche il calore.

Infine, tcdk di materiali è stato menzionato molte volte in questo articolo. È una proprietà intrinseca dei materiali la cui DK cambia con la temperatura, ed è una proprietà materiale che viene spesso ignorata. Per i circuiti amplificatori di potenza, le linee di lunghezza d'onda 1 / 4 sono utilizzate nelle reti corrispondenti, che sono molto sensibili alle fluttuazioni DK. Quando DK cambia notevolmente, la corrispondenza di lunghezza d'onda 1 / 4 si sposterà, con conseguente cambiamento dell'efficienza dell'amplificatore di potenza, che è molto indesiderabile.

In conclusione, quando si selezionano materiali ad alta frequenza per applicazioni PCB RF ad alta potenza, i materiali dovrebbero avere DF basso, foglio di rame relativamente liscio, alta conducibilità termica e tcdk basso. Molti compromessi devono essere fatti quando si considerano queste proprietà dei materiali e requisiti di utilizzo finale. Pertanto, è sempre saggio per i progettisti contattare i loro fornitori di materiali quando scelgono i materiali per applicazioni RF ad alta potenza.