PCB科技 - 射頻大功率應用中PCB資料的選擇

選擇 印刷電路板材料 for RF high power 應用

雖然有一些大功率印刷電路板應用與基站無關，但大多數大功率印刷電路板應用與基站功率放大器有關。 在設計此類高功率射頻應用時，需要考慮多種因素。 本文主要討論基於印刷電路板的基站功率放大器的應用，但這裡討論的基本概念也適用於其他高功率應用。

大多數高功率射頻應用都存在熱管理問題，良好的熱管理需要考慮一些基本關係。 例如，就損耗而言，當訊號功率輸入電路時，損耗越大的電路產生的熱量越高； 另一個與頻率有關，頻率越高，產生的熱量越多。 此外，任何介電材料中的熱量新增都會導致介電材料的Dk（介電常數）發生變化，即介電常數的溫度係數（TCDk）。 隨著損耗的變化導致電路溫度的變化，溫度的變化導致Dk的變化。 TCDk引起的Dk變化將影響射頻電路的效能，並可能影響系統應用。

對於熱損失關係, 各種不同的資料和相應的 印刷電路板特性 can be considered. 有時, 當設計師選擇低損耗資料時 印刷電路板 applications, they may only consider the dissipation factor (Df or loss tangent). Df僅為資料的介電損耗, 但電路中還有其他損耗. 與射頻效能相關的電路總損耗為插入損耗. 插入損耗由四個損耗組成, 這是介電損耗的總和, 導線損耗, 輻射損失和洩漏損失.

使用Df為0.002的極低損耗資料和非常光滑的銅箔的電路將具有相對較低的插入損耗。 然而，如果仍然使用具有相同低損耗資料的相同電路，但使用粗糙度較大的電解銅（ED）代替光滑銅將導致插入損耗顯著增加。

銅箔的表面粗糙度會影響電路的導體損耗。 應澄清的是，與損耗相關的表面粗糙度是處理層壓板時銅箔在銅-電介質介面處的表面粗糙度。 此外，如果電路中使用的介質較薄，銅箔表面將更緊密。 此時，銅箔的表面粗糙度比相對較厚的介質對插入損耗的影響更大。

對於高功率射頻應用，熱管理通常是一個常見問題，選擇Df低且銅箔光滑的層壓板更為有利。 此外，選擇具有高導熱性的層壓板通常是明智之舉。 高導熱性將有助於並有效地將熱量從電路傳遞到散熱器。

頻率-熱關係表明，假設兩個頻率的射頻功率相同, 頻率新增時會產生更多熱量. Taking some thermal management experiments conducted by 羅傑斯印刷電路板 例如, 研究發現，加載80w射頻功率的微帶傳輸線在3.6千兆赫約為50攝氏度. 當以80w功率在6.1 GHz頻率, 熱昇約為80°C.

溫度隨頻率新增而升高的原因有很多。 其中一個原因是，資料的Df將隨著頻率的新增而新增，這將導致更多的介電損耗，並最終導致插入損耗和熱量的新增。 另一個問題是導體損耗隨頻率新增而新增。 導體損耗的新增幾乎是由於集膚深度隨頻率的新增而减少。 此外，隨著頻率的新增，電場將變得更加密集，並且在電路的給定區域中會有更大的功率密度，這也會新增熱量。

最後，本文多次提到了資料的TCDk。 它是Dk隨溫度變化的資料的固有特性，也是經常被忽視的資料特性。 對於功率放大器電路，匹配網絡的設計中有1/4波長線，這些網絡對Dk波動非常敏感。 當Dk發生顯著變化時，1/4波長匹配將發生偏移，導致功率放大器的效率發生變化，這是非常不理想的。

簡而言之，在為高功率射頻應用選擇高頻資料時，該資料應具有低Df、相對光滑的銅箔、高導熱性和低TCDk。 在考慮這些資料特性和最終用途要求時，需要進行許多權衡。 囙此，在為高功率射頻應用選擇資料時，設計師最好聯系資料供應商。