【应用】影响Doherty功率放大器性能的高频电路层压板选择研究

时间： 2018-03-25 来源：ROGERS

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RF/微波行业中使用的放大器类型和类别差异很大，原因很多，例如应用可能需要窄带或宽带，以及在各种频率范围内的低噪声或高输出功率。特定应用中最佳性能的实现，不仅受放大器配置的影响，与电路层压材料的选择也有很大关系。在无线通信应用中，对于在WiMAX和LTE等系统中的复杂通信信号必须以高峰均比（PAR）进行功率放大的情况，Doherty放大器因其高效放大RF/微波信号而被广泛应用。通过选择最适合放大器特性的PCB材料来设计和制造放大器，可以为广泛的无线通信应用实现最佳的Doherty放大器性能。

Doherty放大器将载波放大器与峰值放大器进行功率合并，两个放大器的偏置方式不同，载波放大器的处理方式与传统的AB类偏置放大器非常相似，大多数情况下都是供电的，而峰值放大器像C类放大器一样偏置，在需要峰值功率电平时才打开。由于采用C类放大器，Doherty放大器可以实现高增益和高输出功率。如图1展示了Doherty放大器及其组成部分的简单示意图，包括AB类载波放大器与C类峰值放大器。

图1 Doherty放大器的基本组件

Doherty放大器的性能很大程度上取决于PCB层压板的材料属性，其中要考虑的关键电路材料特性之一当然是介电常数（Dk），此外，了解Dk值在频率、温度和其他条件下的稳定性也很重要。Doherty放大器设计的关键特性是输入端为正交混合器，输出端为四分之一波长线和变压器，这些电路定义的功能强烈依赖于电路材料的Dk一致性以及设计者如何解决Dk潜在的不稳定性。大多数Doherty放大器采用PCB形式的微带传输线和电路结构，这些线和电路结构的波长是电路“有效Dk”的函数。

微带电路的有效Dk受许多不同电路材料特性的影响，包括沉积在电路层压介质材料上的铜表面粗糙度[1]。铜表面粗糙度会影响电路的相位响应，图2比较了不同RMS值的铜表面粗糙度对微带电路有效Dk的影响，微带传输线的电路基板材料相同，但是具有不同的铜类型与表面粗糙度。从图中可以看出，粗糙的铜表面会导致微带线的有效Dk增加。

图2 电路材料铜表面粗糙度对相同电路材料有效Dk值的影响

此外，设计Dk受工作频率、铜表面粗糙度和电路板厚度的影响，与相同材料的较厚电路相比，较薄的电路材料更受铜效应的影响。图3比较了同一电路材料的不同厚度以及频率对设计Dk的影响，可以看出，两种厚度的同一电路材料的设计Dk值随着频率的增加而逐渐减小。虽然大多数Doherty功率放大器并未用于宽带频率应用，但了解适用于特定频率范围的设计Dk非常重要。图3显示了ROGERS公司提供的一款被广泛用于RF功率放大器应用的电路材料RO4835™层压板的性能，其特性与多年以来一直被用于高功率射频电路的RO4350B™层压板几乎相同，但两者之间有一个关键的区别，即RO4835™材料长时间暴露在高温下时会抑制变化，而RO4350B™层压板虽然具有良好的长期老化特性，但RO4835™更为显著地提高了该性能。

图3 厚度与频率对设计Dk的影响

Dk公差是Doherty功率放大器设计的重要电路材料属性之一，它是衡量电路基板Dk值如何良好控制的标准，会考虑批次间的差异。对于RO4835™或RO4350B™层压板，当按照IPC-TM-650 2.5.5.5c在10 GHz下测试时，材料Dk值为3.48的误差控制在±0.05的公差范围内。

根据设计的灵活性，Dk公差对四分之一波长调谐结构的影响可能很大。图4比较了RO4835™电路材料和偶尔用于功率放大器的PTFE/陶瓷填充玻纤层压板，展示了具有更好Dk控制的基板的优势。从图中可以看出，RO4835™材料在3.5GHz时具有3.75的设计Dk值，并假定具有与带状线方法相同的±0.05的Dk公差，而竞品材料具有更宽的Dk公差，为±0.1，但通常更高。此外，图4中的相位角差表明，具有较差Dk控制的基于PTFE的竞品材料在3.5GHz处的相位角变化略大于RO4835™材料的两倍。

图4 具有不同Dk公差材料的比较及其对相角的影响

另一个对Doherty放大器设计至关重要的材料属性是TCDk，它是Dk随温度变化的程度。根据一般经验，TCDk为50 ppm/℃或更低（绝对值）的材料被认为是良好的，而RO4835™和RO4350B™层压板的TCDk为50 ppm/°C（测试温度为-50°C至+150°C）。理解电路材料TCDk对功率放大器的设计很重要，因为它们的功耗通常会导致工作温度范围很宽。

图5展示了射频功率放大器常用电路材料的TCDk和相对于室温温度的变化。如图5所示，尽管一些基于PTFE的电路材料在室温下表现出先天的TCDk特性，但RO4835™材料依然具有良好的TCDk特性。此外，基于PTFE的RO3003™层压板也具有良好的TCDk曲线，但这是因为该材料配有特殊填料，从而帮助其保持良好的TCDk性能。

图5 Doherty功率放大器设计和制造中常用的电路材料在宽温度范围内的TCDk特性

Doherty功率放大器已经为许多现代无线通信系统中使用的复杂调制信号的放大提供了解决方案，它们可以处理这些应用中所需的高PAR，并以高效率运行，以节省电力公用事业成本。Doherty功率放大器的最佳电路材料选择是通过对多种不同的关键材料属性进行分类并指定一种材料，以帮助确保可靠与长期的Doherty放大器性能。

参考文献：

[1] J.W. Reynolds, P.A. LaFrance, J.C. Rautio, and A.F. Horn III, “Effect of conductor profile on the insertion loss, propagation constant, and dispersion in thin high frequency transmission lines,” DesignCon 2010.

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承毅 Lv8. 研究员 2018-03-25

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ROGERS层压板/高频板选型表

罗杰斯/ROGERS提供以下技术参数的层压板/高频板选型，超低损耗，低至0.0004(Df) ；超大尺寸：54inchX24inch、52inchX40inch、50.1inchX110inch 等；丰富介电常数：2 -12.85 (Dk)；超薄介质，低至1mil

产品型号	品类	产品系列	介电常数（Dk）	正切角损耗（Df）	介质厚度(mm)(mil)	导热系数W/(m·K)	铜箔类型	铜箔1厚度	铜箔2厚度	尺寸(inch)
5880LZNS 24X18 H1/H1 R4 0100+-001/DI	层压板	RT/duroid® 5880LZ	2	0.0027	0.254mm(10mil)	0.33	电解铜	H1	H1	24X18

选型表 - ROGERS 立即选型

Rogers（罗杰斯）高频层压板材料和粘结材料选型指南（中文）

描述- 罗杰斯公司是世界级领先的高性能电介质、高频层压板和半固化片生产商，产品广泛应用于高可靠性、无线与有线（数字）基础设施、汽车雷达传感器、卫星电视、移动互联网设备和高级芯片封装中的微波和射频印制电路、以及相关应用。

型号- RO4534,RO3203,RO4533,TC 系列,KAPPA® 438,RO4003C,RO4533™,5880LZ,ISOCLAD933,CLTE-MW,ISOCLAD 933,RT/DUROID 6002,CUCLAD 217,RO3035™,COOLSPAN® TECA,RO4725JXR™,CUCLAD,CLTE™,6010.2LM,TMM®,CLTE-AT™,RT/DUROID 6006,RO4730G3 LOPRO®,RO4003C LOPRO®,RO4534™,XTREMESPEED™R01200M,RO4835T™,6002,RO3210,AD1000™,R03003™,AD350A™,10I,AD255C™-IM,RO3006™,RO4730G3™,RO3010™,TC600™,RO3206,AD 系列™,RO4535,RT/DUROID 6202PR,RO4535™,RT/DUROID5870,RO4835 LOPRO®,RO4534 LOPRO®,RO4533 LOPRO®,ISOCLAD917,6250,RO4730G3 ED,AD250C™,RO3003G2™,RO4360G2,ISOCLAD® 917,CUCLAD 233,RT/DUROID® 5880LZ,6006,TC600,RO4835™,RO4535 LOPRO,AD300D™-IM™,RO3035,RO4835IND™ LOPRO,TMM 13I,R03206,MAGTREX® 555,CLTE-XT™,RO3210™,AD255™,AD300™,RO3206™,TMM® 3,RO4350B LOPRO®,TMM 10,RT/DUROID® 5870,TC350,RO4360G2™,RO3003,CLTE-MW™,RO3000,CLTE,DICLAD® 880,RO3003G2,13I,RO4350B,CUCLAD 250,RT/DUROID 5870,DICLAD 527,DICLAD527,AD255C™,RO3003™,6700,DICLAD 880,CLTA™,DICLAD® 527,RT/DUROID 5880LZ,RO3000® 系列,RO4000® 系列,RT/DUROID 6202,TC350 PLUS,RO4350B™,6202,RO3010,RT/DUROID 6035HTC,DICLAD® 系列,ISOCLAD® 系列,RO4450F™,AD300D™,CUCLAD® 系列,RT/DUROID 5880,AD350™,AD350,R04450T™,DICLAD 870,6202PR,SPEEDWAVE® 300P,ANTEO™,CLTE-XT,RO3006,RO4830™,TMM 10I,AD1000,5880,AD300,TMM 6,TMM 4,RT/DUROID 6010.2LM,CU4000 LOPRO,RO3203™,RO4003C™,AD250™,2929,TC350™,DICLAD® 870,R04460G2™,588018X12H1/H1R30200+-001DL,R03203™,CU4000,CLTE-AT,DICLAD® 880-IM,CLTE 系列™,AD250,6035HTC,AD255,RO4835,RO3003M™,CUCLAD® 217

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罗杰斯RTduroid®6035HTC高频层压板具备高热导率、低损耗因子等优势，是高功率设备的理想之选

RT/duroid®6035HTC高频电路材料是应用于高功率射频和微波设备的陶瓷填充PTFE复合材料。

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罗杰斯的AD系列聚四氟乙烯/玻璃布层压板：介电常数2.5~10.2，介损角正切0.0014~0.003

罗杰斯的AD系列聚四氟乙烯/玻璃布层压板是一款商用射频低介质损耗材料，介电常数为2.5~10.2，介损角正切0.0014~0.003@10GHz，具备业界领先的厚度公差控制，满足客户的不同需求。可用于基站天线、高频宽带车用片状天线等应用。

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Rogers（罗杰斯）高频层压板材料和粘结材料选型指南（英文）

目录- Company profile 3D-Printable/Molded Dielectrics introduction LAMINATES BONDING MATERIALS/Metal Claddings Product Thickness, Tolerance & Panel Size Procurement process and materials introduction Primary Markets Product

型号- RO4534,RO3203,RO4533,TMM10I,KAPPA® 438,RO4003C,RO4533™,CLTE-MW,ISOCLAD 933,RT/DUROID 6002,RO4000® SERIES,CUCLAD 217,RO4000®,AD255C,RO3035™,COOLSPAN® TECA,RO4725JXR™,CUCLAD,CLTE™,CLTE-AT™,RT/DUROID 6006,RO4730G3 LOPRO®,RO4003C LOPRO®,RO4835IND LOPRO,RO4534™,XTREMESPEED RO1200,COOLSPAN®,RO4835T™,RO3210,AD1000™,AD350A™,AD255C™-IM,CLTE® SERIES™,SPEEDWAVE® 300P PREPREG,RO3006™,6700 BONDING FILM,RO4730G3™,RT/DUROID 6000,RO3010™,TC600™,RO3206,RO4535,RT/DUROID 6202PR,RO4535™,RO1000®,RO4535T™,RO4835 LOPRO®,RO4534 LOPRO®,RO4533 LOPRO®,IM SERIES™,RO4835IND™ LOPRO®,6250,AD250C™,RO3003G2™,RO4360G2,ISOCLAD® 917,CUCLAD 233,RT/DUROID® 5880LZ,KAPPA®,TC600,RO4835™,RT/DUROID® 5880,RO4535 LOPRO,AD300D™-IM™,RO3035,92ML,RO4835IND™ LOPRO,TMM 13I,RO3000®,TMM® 6,588018×12H1/H1R30200+-001DI,TMM® 10I,RO4730G3,MAGTREX® 555,XTREMESPEED RO1200 BONDPLY,CLTE-XT™,RO3210™,AD255™,AD300™,RO3206™,TMM® 3,RO4350B LOPRO®,TMM® 4,XTREMESPEED™ RO1200™,TMM 10,RT/DUROID® 5870,RT/DUROID® 6202,TC350,RO4360G2™,RO3003,RT/DUROID 6010.2 LM,CLTE-MW™,RO3000,CLTE,DICLAD® 880,RO3003G2,CLTE®,RO4350B,TMM® 13I,AD SERIES™,CUCLAD 250,92ML™,RT/DUROID 5870,CUCLAD®,DICLAD 527,RO4835T,AD255C™,RO3003™,RO4460G2™,6700,DICLAD 880,TMM3,RT/DUROID 5000,DICLAD® 880-IM,DICLAD® 527,ML SERIES™,RT/DUROID 5880LZ,ISOCLAD® 933,RT/DUROID 6202,DICLAD® SERIES,TC350 PLUS,TMM13I,RO4350B™,RO3010,RT/DUROID 6035HTC,RO4450F™,AD300D™,2929 BONDPLY,RT/DUROID 5880,AD350™,TMM® 10,AD350,KAPPA 438,DICLAD 870,SPEEDWAVE® 300P,CLTE-XT,RO3006,SPEEDWAVE 300P,RO4830™,RO4725JXR,RO4830,TMM 10I,RO3000® SERIES,AD1000,AD300,6250 BONDING FILM,RO4450™,TMM 6,TMM 4,CUCLAD® SERIES,TMM10,ISOCLAD® SERIES,RT/DUROID 6010.2LM,CU4000 LOPRO,RO3203™,MAGTREX®,ISOCLAD 917,RO4003C™,AD250™,2929,TC350™,RO4460G2,92ML SERIES,ISOCLAD®,DICLAD® 870,TMM6,TMM SERIES,RO4003™,TMM4,RO4450F,DICLAD®,CU4000,TMM,TC SERIES,CLTE-AT,AD250,AD250C,AD255,RO4835,RT/DUROID® 6002,CUCLAD® 217,RO4450T

123122 - ROGERS - 选型指南代理服务技术支持批量订货查看更多版本

Rogers（罗杰斯）高频层压板材料和粘结材料选型指南（英文）

描述- Rogers Corporation is the world’s leading manufacturer of high performance dielectrics, laminates and prepregs used in microwave and RF printed circuit and related applications in Aerospace & Defense, Wireless & Wireline (digital) Infrastructure, Automotive Radar Sensor, Satellite TV, Mobile Internet Device and High End Chip Scale Packaging.

型号- RO4534,RO3203,RO4533,KAPPA® 438,RO4003C,RO4533™,AD300D-IM,CLTE-MW,COOLSPAN,ISOCLAD 933,RT/DUROID 6002,CUCLAD 217,AD255C,RO3035™,AD300D,COOLSPAN® TECA,RO4725JXR™,AD250TM,CUCLAD,CLTE™,6010.2LM,CLTE-AT™,RT/DUROID 6006,RO4003C LOPRO®,RO4730G3 LOPRO®,RO4534™,XTREMESPEED RO1200,CLTE SERIES,CUCLAD® 6250,RO4835T™,6002,RO3210,RO4350B LOPRO,AD350A™,AD255C™-IM,RO3006™,RO4730G3™,RO3010™,TC600™,RO3206,RO4535,RT/DUROID 6202PR,RO4535™,RO4835 LOPRO®,RO4534 LOPRO®,RO4533 LOPRO®,6250,RO4730G3 ED,TC600TM,AD255TM,RT/DUROID 6202PR 0.005",AD250C™,RO3003G2™,RO4360G2,ISOCLAD® 917,CUCLAD 233,RADIX,RT/DUROID® 5880LZ,AD350A,6006,TC600,RO4835™,RO4535 LOPRO,TMM®10,AD300D™-IM™,DICLAD,RO3035,RO4835IND™ LOPRO,KAPPA,RO4000,TMM 13I,AD SERIES,RO4730G3,CLTE SERIES™,MAGTREX® 555,TMM®13I,ISOCLAD,CLTE-XT™,RO3210™,CUCLAD 6700,TMM® 3,RO3206™,RO4350B LOPRO®,ANTEO,RT/DUROID 6202PR 0.020",XTREMESPEED™ RO1200™,TMM 10,RT/DUROID® 5870,TC350™ PLUS,TC350,RO4360G2™,RO3003,RT/DUROID 6010.2 LM,CLTE-MW™,RO3000,CLTE,DICLAD® 880,RO3003G2,588018X12H1/H1R30200+-001DI,RO4350B,AD300TM,CUCLAD 250,RT/DUROID 5870,DICLAD 527,RO4835T,AD255C™,RO3003™,6700,RO4460G2™,DICLAD 880,DICLAD® 527,RT/DUROID 5880LZ,RT/DUROID 6202,RO4835IND,TC350 PLUS,AD350TM,RO4350B™,6202,RO3010,RT/DUROID 6035HTC,RO4450F™,RO4835 LOPRO,AD300D™,RT/DUROID 5880,RT/DUROID 6202PR 0.010",DICLAD 880-IM,AD350,KAPPA 438,DICLAD 870,6202PR,SPEEDWAVE® 300P,ANTEO™,CLTE-XT,RO3006,RO4830™,RO4830,TMM 10I,5880,AD300,AD255-IM,RT/DUROID,TMM 6,TMM 4,TMM®10I,DICLADR 880-IM,RT/DUROID 6010.2LM,TC350 TM,CU4000 LOPRO,RO3203™,ISOCLAD 917,RO4003C™,2929,TC350™,RO4460G2,DICLAD® 870,RO4450F,TMM,CLTE-AT,RO4450T™,TMM®4,AD250,AD250C,TC SERIES,TMM®3,6035HTC,AD255,RO4835,CUCLAD® 217,TMM®6,RO4450T

12/ 2023 - ROGERS - 选型指南 - REV. 12/ 2023 代理服务技术支持批量订货

罗杰斯电路材料助力高可靠性功率放大器性能设计

RO4000® LoPro® 层压板采用罗杰斯专有技术，支持将反转处理后的铜箔搭配至标准RO4000系列材料。由此形成的层压板可以减少导体损耗，改善插入损耗和信号完整性，它同时具有标准RO4000层压板系统的其他理想属性。RO4000陶瓷碳氢层压板可实现优越的高频性能和低成本电路制造，并且可使用标准环氧树脂/玻璃 (FR-4) 工艺加工，无需通过专门的制备流程，从而降低制造成本。

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罗杰斯高频层压板RO3003G2，77G汽车雷达PCB材料的选择

毫米波雷达技术正逐渐扩展到民用领域，如汽车驾驶辅助系统的雷达传感器。其中77G毫米波雷达是汽车前向的主流方向，主要应用于前向防碰撞、自动巡航。77G毫米波雷达频率已经达到E波段，对PCB材料损耗因子和介电常数稳定性等特性都有极为严苛的要求。罗杰斯公司在RO3000系列PTFE材料基础上开发了RO3003G2高频层压板，适用于77G汽车毫米波雷达传感器设计。

2023-12-30 - 设计经验

【经验】测量电路材料中的Dk温度变化，有助于获得和评估温度升高条件下的一些材料性能

材料工作温度是一个常常被忽视的电路材料参数。然而，电路板内外的热源造成的工作温度升高可能导致电路性能发生变化，特别是在毫米波频率及高速电路中。通过研究电路材料与温度相关的关键材料参数，如介电常数的热系数（TCDk）和插入损耗的温度系数（TCIL），可以更好地了解高频电路材料与温度相关的性能。

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