【选型】基于微带线微波传输功率，选择合适的微波高频板材

时间： 2018-04-28 来源：世强

技术问答

在微波功率放大器设计时，很多工程师对传输线的温度上升情况只有粗略的概念，不能具体的定量分析功率与传输线关系。不恰当的设计，可能导致传输线温度高，影响介质的微波性能，加速传输线氧化，影响传输信道性能。本文将使用ROGERS的软件MWI 2017，计算分析大功率信号通过微带线时，从温度升限角度，衡量微带线的耐受功率。

微波板材 RT/duroid 5880以极低的介质损耗被广泛应用于高频信号传输上，下面以RT/duroid 5880设计的微带线为例，分析大功率信号对微带线温升的影响，从而衡量微带线功率的容限。

客户实例：输入信号频率18GHz，功率30w的连续波；微波板材使用厚度0.127mm，型号RT/duroid 5880。微带截面图如下。

使用软件MWI 2017计算，其对应的阻抗为50Ω的线宽为0.38mm，计算其介质损耗（dB/m）、导体损耗（dB/m）和温升（℃/W）与频率的关系如下图所示。

其中18GHz对应的介质损耗1.7 dB/m，导体损耗 11 dB/m，温升4.8℃/W。微带底面与室温+25℃保持一致，当30W功率的18GHz信号通过该微带时，微带线与底面铜层的温度差可以达到144℃，即微带线的温度达到169℃，与之紧贴的介质面温度也是169℃。

微波板材RT/duroid 5880的介电常数典型值为2.2，介电常数热变化率（测试温度-50℃~150℃）为-125ppm/℃。169℃下的数值需要专门测量，介电常数的实际数值可能是系统没法接受的，何况产品还需要工作在高温（一般高温60℃）环境下，产品能不能正常工作还是个未知数。所以厚度0.127mm的RT/duroid 5880板材，不能满足30W功率传输要求。

传输线温度升高的热源是微波信号的功率损耗。所以，减少传输损耗，可以有效降低传输线温度上升。从上图中，可以看出，随着频率的增加，导体损耗快速上升，贡献了绝大部分损耗。在使用板材型号不变的情况下，降低导体损耗效果最显著的是适当增加板材厚度。

基于上述分析，在使用相同型号RT/duroid 5880板材的情况下，若厚度选择0.254mm，可以解决上述微带线传输功率容限的问题。使用软件MWI 2017计算0.254mm厚度的对应的阻抗为50Ω的线宽为0.78mm，计算其介质损耗（dB/m）、导体损耗（dB/m）和温升（℃/W）与频率的关系如下表所示。

其中18GHz对应的介质损耗1.7 dB/m，导体损耗 5.4dB/m，温升2.7℃/W。微带底面与室温+25℃保持一致，当30W功率的18GHz信号通过该微带时，微带线与底面铜层的温度差位81℃，与之紧贴的介质面温度也就是106℃。高温（一般60℃）时，传输线也可以正常工作。

当然，微波板材RT/duroid 5880的导热率只有0.2W/m/℃，热传导能力有限，适用于小功率信号。在大功率设计时，可以根据实际使用条件，选择导热系数较高的高频微波板材，例如RT/duroid 6035HTC，专为大功率微波信号应用设计，导热系数高达1.44W/m/℃，ROGERS其他型号板材的详细信息请参考《Rogers 高频印刷线路板材料选型指南》。