PCBニュース - RF高電力応用のためのPCB回路基板材料の選択

若干の高い力があるけれども PCB回路基板 基地局と何の関係もないアプリケーション, 大部分のハイパワー PCB回路基板 アプリケーションは基地局電力増幅器に関連している. そのような高出力RF応用の設計, 複数の考慮を必要とする. 本論文では、基地局用電力増幅器の応用について述べる PCB回路基板s, しかし、ここで論じた基本的な概念は他の高出力アプリケーションにも適用可能である.

大部分の高周波RF応用は熱管理問題を有する, そして、良い熱管理はいくつかの基本的な関係を考慮する必要があります. 例えば, 損失との関係, 回路内の入力信号電力, 回路の損失が高いほど高い熱が発生するもう一方は周波数に関係している, 周波数が高いほど多くの熱が発生する. 加えて, the increase of heat in any dielectric material will cause a change in the Dk (dielectric constant) of the dielectric material, それで, the temperature coefficient of dielectric constant (TCDk). 損失変化は回路温度の変化につながる, DKにおける温度変化の変化. TCDKに起因するこのDK変化は、RF回路の性能に影響し、システム応用に影響を及ぼす可能性がある.

熱損失関係, 様々な材料及び対応するPCB特性を考慮することができる. 時々, 設計者が低損失材料を選択する場合 PCBボード アプリケーション, they may only consider the dissipation factor (Df or loss tangent). DFは、材料の誘電損失だけです, しかし、サーキットの他の損失があります. 無線周波数性能に関連する回路の全損失は挿入損失である. 挿入損失は4つの損失からなる, これが誘電損失の和である, 導体損失, 放射損失と漏洩損失.

df＝0.002と非常に平滑な銅箔を持つ極低損失材料を用いた回路は，比較的低い挿入損失を持つ。しかし、同じ低損失材料を用いた場合と同じ回路を使用した場合には、平滑銅の代わりに大きな粗さを有する電解銅（ED）を用いることにより、挿入損失が著しく増加する。

銅箔の表面粗さは回路の導体損失に影響する. 損失に関連した表面粗さが、銅誘電体界面における銅箔の表面粗さであることは明らかである PCB積層板 処理される. 加えて, サーキットで使われる媒体がより細いならば, 銅箔面は近い. この時に, 銅箔の表面粗さは、比較的厚い媒体よりも挿入損失に大きな影響を与える.

高出力RF用途では、通常、熱管理は一般的な問題であり、より低いDF及び平滑銅箔を有する積層体を選択することはより有利である。加えて、熱伝導率の高い積層体を選ぶことは、通常、賢明なことである。高い熱伝導率は、回路から熱シンクまで熱を助けて、効果的に移します。

周波数-熱関係は、2つの周波数で同じRFパワーを仮定すると、周波数が増加するとき、より多くの熱が発生することを示す。ロジャースによる熱管理実験を行った結果、3.6 GHzで80 WのRF電力を負荷したマイクロストリップ伝送線路の熱上昇は、6.1 GHz周波数で80 W電力で同じ回路をテストした場合、50℃程度であり、熱上昇は80℃程度であることがわかった。

周波数が高くなると温度が上昇する理由が多い。理由の1つは、材料のDFが周波数が増加するにつれて増加し、それはより多くの誘電損失を生じ、最終的に挿入損失及び熱の増加につながる。別の問題点は、導体損失が周波数と共に増加することである。導体損失の増加は，周波数の増加とともに皮膚深さが減少することによる。加えて、周波数が増加するにつれて、電界はより緻密になり、回路の所与の領域に大きな電力密度が存在し、それはまた、熱を増加させる。

最後に，材料のtcdkについても言及した。DKは温度によって変化する材料の固有の性質であり、しばしば見落とされる材料特性である。電力増幅器回路のために、マッチング・ネットワークのための設計の1／4の波長ラインがあり、これらのネットワークは、DK変動に非常に敏感である。DKが著しく変化すると、1／4波長整合がシフトし、結果として電力増幅器の効率が変化し、それは非常に望ましくない。

要するに, 高出力用高周波材料の選択 RF回路基板 アプリケーション, 材料は低いDF, 比較的滑らかな銅箔, 高熱伝導率と低TCDK. これらの材料特性と使用終了要件を考慮する場合, 多くのトレードオフをする必要がある. したがって, 高出力RF応用のための材料の選択, デザイナーが彼らの材料供給元に連絡するのは常に賢明です.