PCB 기술 - RF 고출력 어플리케이션을 위한 PCB 소재 선택

무선 고출력 어플리케이션을 위한 PCB 소재 선택

일부 고출력 PCB 응용은 기지국과 무관하지만, 대부분의 고출력 PCB 응용은 기지국 전력 증폭기와 관련이 있다.이러한 고출력 RF 애플리케이션을 설계할 때는 여러 가지 고려가 필요합니다.이 글은 PCB 기반 기지국 전력 증폭기의 응용에 치중하고 있지만, 여기서 논의되는 기본 개념은 다른 고출력 응용에도 적용된다.

대부분의 고출력 무선 주파수 응용은 열 관리 문제가 존재하기 때문에 양호한 열 관리는 일부 기본 관계를 고려해야 한다.예를 들어, 손실과 관련하여 신호 출력이 회로에 입력될 때 손실이 높은 회로는 더 높은 열을 발생시킵니다.다른 하나는 주파수와 관련이 있으며 주파수가 높을수록 더 많은 열이 발생합니다.또한 모든 개전 재료에서 열이 증가하면 개전 재료의 Dk(개전 상수), 즉 개전 상수의 온도 계수(TCDk)가 변경됩니다.손실의 변화로 인해 회로 온도가 변하고 온도의 변화로 인해 Dk가 변경됩니다. TCDk로 인한 이러한 Dk 변화는 RF 회로의 성능에 영향을 미치고 시스템 응용에 영향을 미칠 수 있습니다.

열 손실 관계의 경우 다양한 재료와 해당 PCB 특성을 고려할 수 있습니다.때로는 설계자가 PCB 응용프로그램을 위해 저손실 재료를 선택할 때 소모 계수 (Df 또는 소모 각도 탄젠트) 만 고려할 수 있습니다.Df는 재료의 개전 손실일 뿐이지만 회로에는 또 다른 손실이 있다.무선 주파수 성능과 관련된 회로의 총 손실은 삽입 손실입니다.삽입 손실은 네 가지 손실로 구성되는데, 즉 개전 손실, 도체 손실, 복사 손실과 누출 손실의 합이다.

Df가 0.002인 극저손실 재료와 매우 매끄러운 동박을 사용하는 회로는 상대적으로 낮은 삽입 손실을 갖게 된다.그러나 여전히 동일한 저손실 재료를 가진 동일한 회로를 사용하지만 매끄러운 구리 대신 큰 거칠음을 가진 전해동 (ED) 을 사용하면 삽입 손실이 크게 증가합니다.

동박의 표면 거칠기는 회로의 도체 손실에 영향을 줄 수 있다.손실과 관련된 표면 거친도는 처리층 압판 시 동박이 동-전매질 인터페이스에 있는 표면 거친도라는 점을 설명해야 한다.또한 회로에 사용되는 매체가 더 얇으면 동박 표면이 더 긴밀해집니다.이때 동박의 표면 거칠기는 상대적으로 두꺼운 매체보다 삽입 손실에 더 큰 영향을 미친다.

고출력 RF 응용 프로그램의 경우 일반적으로 열 관리는 낮은 Df와 매끄러운 동박이 있는 레이어 프레스를 선택하는 것이 더 유리한 일반적인 문제입니다.또한 열전도성이 높은 층압판을 선택하는 것이 현명하다.높은 열전도성은 회로에서 히트싱크로 열을 효과적으로 전달하는 데 도움이 될 것입니다.

주파수-열 관계는 두 주파수에서 RF 출력이 같다고 가정하면 주파수가 증가하면 더 많은 열이 발생한다는 것을 나타낸다.Rogers PCB에서 실시한 일부 열 관리 실험을 예로 들면, 3.6GHz에서 80w 무선 주파수 출력을 로드하는 마이크로밴드 전송선의 열 상승이 약 50 ° C라는 것을 발견했다.같은 회로가 6.1GHz 주파수에서 80w 출력으로 테스트할 때 열은 약 80°C로 상승합니다.

온도가 주파수가 증가함에 따라 증가하는 원인은 매우 많다.그 이유 중 하나는 재료의 Df가 주파수가 증가함에 따라 증가하기 때문에 더 많은 개전 손실을 초래하고 결국 삽입 손실과 열의 증가를 초래할 수 있기 때문이다.또 다른 문제는 주파수가 증가함에 따라 도체 손실이 증가한다는 것이다.도체 손실의 증가는 거의 피부 깊이가 빈도가 증가함에 따라 줄어들기 때문이다.또한 주파수가 증가함에 따라 전장은 더욱 밀집되고 회로의 주어진 구역은 더욱 큰 전력밀도를 가지게 되는데 이는 열량도 증가시킨다.

마지막으로 한 재료의 TCDk는 이 글에서 여러 차례 언급되었다.이것은 Dk가 온도에 따라 변화하는 재료의 고유한 특성이며 종종 무시되는 재료 특성입니다.전력 증폭기 회로의 경우 일치하는 네트워크의 설계에 1/4 파장선이 있으며 이러한 네트워크는 Dk 파동에 매우 민감합니다.Dk가 크게 변하면 1/4 파장 일치가 오프셋되어 전력 증폭기의 효율이 변하는 것은 매우 바람직하지 않습니다.

간단히 말해서, 고출력 RF 응용을 위해 고주파 재료를 선택할 때, 이 재료는 낮은 Df, 상대적으로 매끄러운 동박, 높은 열전도도 및 낮은 TCDk를 가져야 한다.이러한 재료의 특성과 최종 용도 요구 사항을 고려할 때 많은 저울질이 필요합니다.따라서 설계자는 고출력 무선 주파수 어플리케이션을 위해 재료를 선택할 때 재료 공급업체에 연락하는 것이 항상 현명합니다.