Tecnologia RF - Come scegliere il PCB del divisore di potenza del dispositivo ad alta frequenza e dell'accoppiatore

Come scegliere il PCB del divisore di potenza del dispositivo ad alta frequenza e dell'accoppiatore

Divisori di potenza e combiner sono i dispositivi ad alta frequenza più comunemente usati / comuni, e lo stesso vale per gli accoppiatori come gli accoppiatori direzionali. Questi dispositivi sono utilizzati per la divisione di potenza, la combinazione e l'accoppiamento di energia ad alta frequenza dall'antenna o dal sistema e la perdita e perdita sono piccole. La scelta della scheda PCB è un fattore chiave per questi dispositivi per raggiungere le prestazioni previste. Quando si progettano ed elaborano splitter/combiner/accoppiatori di potenza, è utile capire come le proprietà dei materiali PCB influenzano le prestazioni finali di questi dispositivi. I limiti includono la gamma di frequenza, la larghezza di banda di lavoro e la capacità di alimentazione.

Molti circuiti diversi sono utilizzati per progettare divisori di potenza (a loro volta, combiner) e accoppiatori, e hanno una varietà di forme diverse. Il divisore di potenza ha semplici punti di alimentazione a doppio canale e complessi punti di alimentazione a N canali, a seconda delle reali esigenze del sistema. Negli ultimi anni sono stati sviluppati anche molti diversi accoppiatori direzionali e altri tipi di accoppiatori, tra cui Wilkinson e splitter resistivi, accoppiatori Lange e ponti ibridi a risparmio energetico in quadratura. Hanno molte forme e dimensioni diverse. La scelta del giusto materiale PCB in questi progetti di circuiti aiuterà a raggiungere le migliori prestazioni.

Questi diversi tipi di circuito compromettono la struttura e le prestazioni del design, aiutando il progettista a scegliere la scheda per diverse applicazioni. Lo splitter Wilkinson dual power utilizza un singolo segnale di ingresso per fornire segnali di uscita dual di ampiezza e fase uguali. In realtà è un circuito "lossless" progettato per fornire un 3dB (o in altre parole) inferiore al segnale originale. È metà del segnale originale) segnale di uscita (la potenza di uscita di ogni porta del divisore di potenza diminuisce come il numero di porte di uscita aumenta). Al contrario, il divisore resistivo dual power fornisce un segnale di uscita che è 6dB più piccolo del segnale originale. L'impedenza aggiunta di ogni ramo nel divisore di potenza resistivo aumenta la perdita, ma aumenta anche l'isolamento tra i due segnali.

Come molti progetti di circuiti, la costante dielettrica (Dk) è generalmente il punto di partenza per scegliere diversi materiali PCB e i progettisti di divisori di potenza / combiner di potenza tendono generalmente ad utilizzare materiali di circuito ad alta costante dielettrica (Dk) perché questi materiali possono fornire un accoppiamento elettromagnetico efficace in circuiti di dimensioni più piccole rispetto ai materiali a bassa costante dielettrica. C'è un problema con circuiti costanti dielettrici elevati, cioè, la costante dielettrica nel circuito stampato è anisotropica, o i valori costanti dielettrici dei circuiti stampati sono diversi nelle direzioni x, y e z. Quando la costante dielettrica cambia notevolmente nella stessa direzione, è anche difficile ottenere una linea di trasmissione con impedenza uniforme.

Mantenere l'invarianza dell'impedenza è molto importante quando si realizzano le caratteristiche del divisore/combiner di potenza. Il cambiamento della costante dielettrica (impedenza) causerà la distribuzione irregolare dell'energia elettromagnetica e della potenza. Fortunatamente, ci sono materiali PCB commerciali con isotropia superiore che possono essere utilizzati in questi circuiti, come i materiali del circuito TMM 10i. Questi materiali hanno un valore costante dielettrico relativamente alto di 9,8, e sono mantenuti ad un livello di 9,8+/-0,245 nelle tre direzioni degli assi coordinati (misurati a 10GHz). Ciò può anche essere inteso come che nelle linee di trasmissione dello splitter/combiner e dell'accoppiatore, caratteristiche di impedenza uniformi possono rendere costante e misurabile la distribuzione dell'energia elettromagnetica nel dispositivo. Per i materiali PCB costanti dielettrici superiori, il laminato TMM 13i ha una costante dielettrica di 12,85 e la variazione nei tre assi è entro +/-0,35 (10GHz).

Naturalmente, quando si progettano divisori di potenza / combiner di potenza e accoppiatori, le caratteristiche costanti dielettriche e di impedenza sono solo uno dei parametri del materiale PCB che devono essere considerati. Quando si progetta un circuito splitter/combiner o accoppiatore di potenza, ridurre al minimo la perdita di inserzione è solitamente un obiettivo importante. Idealmente, uno splitter di potenza duale Wilkinson può fornire due porte di uscita -3dB o metà dell'energia elettromagnetica in ingresso. Infatti, ogni circuito splitter / combiner di potenza (e accoppiatore) avrà una certa perdita di inserzione, che di solito dipende dalla frequenza (quando la frequenza aumenta, la perdita aumenta anche), quindi per uno splitter / combiner di potenza In termini di progettazione, la scelta del materiale PCB deve considerare come controllare, in modo che la perdita di inserzione del circuito sia minimizzata.

Nei dispositivi passivi ad alta frequenza come splitter/combiner di potenza o accoppiatori, la perdita di inserzione è in realtà la somma di molte perdite, tra cui perdita dielettrica, perdita del conduttore, perdita di radiazione e perdita di perdita. Alcune di queste perdite possono essere controllate da un'attenta progettazione del circuito. Possono anche dipendere dalle caratteristiche del materiale PCB e possono essere minimizzati scegliendo ragionevolmente il materiale PCB. La disallineazione di impedenza (cioè, perdita del rapporto d'onda in piedi) può causare perdita, ma può essere ridotta scegliendo un materiale PCB con una costante dielettrica costante.

Ridurre al minimo le perdite è molto critico nella progettazione di splitter / combiner e accoppiatori di potenza ad alta potenza, perché ad alte perdite di potenza saranno convertite in calore e dissipate nel dispositivo e nei materiali PCB e il calore influenzerà il dielettrico del materiale. I valori costanti (e i valori di impedenza) hanno un effetto.

In breve, durante la progettazione e l'elaborazione di splitter/combiner e accoppiatori di potenza ad alta frequenza, la selezione dei materiali PCB dovrebbe essere basata su molte caratteristiche chiave del materiale, compreso il valore della costante dielettrica, la continuità della costante dielettrica nel materiale e fattori ambientali come la temperatura, la riduzione della perdita di materiale include la perdita dielettrica, perdita del conduttore e capacità di potenza. La scelta dei materiali PCB per applicazioni specifiche aiuta a progettare splitter/combiner di potenza ad alta frequenza o accoppiatori per il successo.