Noticias de PCB - Selección de materiales de placas de circuito PCB para aplicaciones de alta potencia de radiofrecuencia

Aunque hay algunas aplicaciones de placas de circuito de PCB de alta potencia que no tienen nada que ver con la estación base, la mayoría de las aplicaciones de placas de circuito de PCB de alta potencia están relacionadas con el amplificador de potencia de la estación base. Al diseñar esta aplicación de radiofrecuencia de alta potencia, se necesitan varias consideraciones. Este artículo se centra en la aplicación del amplificador de potencia de la Estación base basado en la placa de circuito pcb, pero los conceptos básicos discutidos aquí también son aplicables a otras aplicaciones de alta potencia.

La mayoría de las aplicaciones de radiofrecuencia de alta potencia tienen problemas de gestión térmica, y una buena gestión térmica requiere considerar algunas relaciones básicas. Por ejemplo, la relación con la pérdida, cuando la Potencia de la señal de entrada está en el circuito, cuanto mayor sea la pérdida del circuito, mayor será el calor generado; La otra está relacionada con la frecuencia, y cuanto mayor sea la frecuencia, más calor se producirá. Además, el aumento del calor en cualquier material dieléctrico provocará cambios en el DK (constante dieléctrica) del material dieléctrico, es decir, el coeficiente de temperatura de la constante dieléctrica (tcdk). Cambios en la temperatura del circuito debido a cambios en la pérdida, cambios en la temperatura que provocan cambios en el dk. este cambio en el DK causado por el tcdk afectará el rendimiento del Circuito de radiofrecuencia y puede afectar a la aplicación del sistema.

Para la relación de pérdida de calor, se pueden considerar varios materiales diferentes y las características de PCB correspondientes. A veces, cuando los diseñadores eligen materiales de baja pérdida para aplicaciones de placas de pcb, solo pueden considerar factores de disipación (df o Corte de ángulo de pérdida). DF es solo una pérdida dieléctrica del material, pero hay otras pérdidas en el circuito. La pérdida total del circuito relacionada con el rendimiento de radiofrecuencia es la pérdida de inserción. La pérdida de inserción se compone de cuatro pérdidas, a saber, la suma de la pérdida dieléctrica, la pérdida del conductor, la pérdida de radiación y la pérdida de fuga.

Los circuitos que utilicen un material de pérdida extremadamente baja con un DF de 0002 y una lámina de cobre muy Lisa tendrán una pérdida de inserción relativamente baja. Sin embargo, si se siguen utilizando los mismos circuitos con el mismo material de baja pérdida, pero se utiliza Cobre electrolítico (ed) con gran rugosidad en lugar de cobre liso, se producirá un aumento significativo de la pérdida de inserción.

La rugosidad de la superficie de la lámina de cobre afectará la pérdida del conductor del circuito. Lo que debe quedar claro es que la rugosidad de la superficie relacionada con la pérdida es la rugosidad de la superficie de la lámina de cobre en la interfaz cobre - dieléctrico al manipular el laminado de pcb. Además, si el medio utilizado en el circuito es más delgado, la superficie de la lámina de cobre será más estrecha. En este momento, la rugosidad superficial de la lámina de cobre tendrá un mayor impacto en la pérdida de inserción que el medio relativamente grueso.

Para las aplicaciones de radiofrecuencia de alta potencia, la gestión térmica suele ser un problema común, y es más ventajoso elegir laminados con baja DF y láminas de cobre lisas. Además, suele ser prudente elegir laminados con alta conductividad térmica. La Alta conductividad térmica ayudará y será eficaz para transferir calor del Circuito al disipador de calor.

La relación frecuencia - calor indica que, suponiendo la misma potencia de radiofrecuencia en ambas frecuencias, se producirá más calor cuando la frecuencia aumente. Tomando como ejemplo algunos experimentos de gestión térmica realizados por rogers, se encontró que el aumento de calor de la línea de transmisión de MICROSTRIP con una potencia de radiofrecuencia de 80w cargada a 3,6 GHz fue de aproximadamente 50 ° c. Cuando el mismo Circuito se prueba con una potencia de 80w a una frecuencia de 6,1 ghz, el aumento de calor es de aproximadamente 80 ° c.

Hay muchas razones por las que la temperatura aumenta con el aumento de la frecuencia. Una de las razones es que el DF del material aumentará a medida que aumente la frecuencia, lo que provocará una mayor pérdida dieléctrica y, en última instancia, un aumento de la pérdida de inserción y el calor. Otro problema es que la pérdida del conductor aumenta con el aumento de la frecuencia. El aumento de la pérdida de conductores se debe casi a la disminución de la profundidad de la piel con el aumento de la frecuencia. Además, a medida que aumenta la frecuencia, el campo eléctrico se vuelve más denso y el área dada del circuito tendrá una mayor densidad de potencia, lo que también aumentará el calor.

Finalmente, este artículo menciona repetidamente el tcdk de un material. Esta es una característica inherente del material DK que cambia con la temperatura, y también es una característica del material que a menudo se ignora. Para los circuitos de amplificación de potencia, hay una cuarta parte de las líneas de longitud de onda en el diseño de las redes emparejadas y estas redes son muy sensibles a las fluctuaciones de dk. Cuando el DK cambia significativamente, la coincidencia de longitud de onda de 1 / 4 se desviará, lo que provocará un cambio en la eficiencia del amplificador de potencia, lo cual es muy indeseable.

En resumen, al seleccionar un material de alta frecuencia para aplicaciones de placas de circuito RF de alta potencia, el material debe tener una baja df, una lámina de cobre relativamente lisa, una alta conductividad térmica y un bajo tcdk. Hay que hacer muchas ponderaciones al considerar las características de estos materiales y los requisitos de uso final. Por lo tanto, siempre es prudente que los diseñadores se pongan en contacto con los proveedores de materiales al seleccionar materiales para aplicaciones de radiofrecuencia de alta potencia.