【选型】如何为高频无线功率放大器选择一款合适的PCB板材
高频无线功率放大器整体性能的好坏受多种因素所影响。除了功放芯片本身的成本以及性能外, PCB电路板材料的电性能也对功率放大器工作性能有较大的影响。PCB板电路材料主要包括介电常数温度系数(TCDk),损耗因子温度系数TCDf,热膨胀系数(TCE),热导率等基本参数,根据这些参数值的大小,就可以判断功率放大器工作性能的好坏。
介电常数温度系数TCDk
介电常数温度系数TCDk表示材料介电常数随工作温度的变化关系。通过观察该值大小,就可以直接判断在给定温度范围内介电常数的变化情况。如果介电常数Dk改变过度,将会导致匹配电路阻抗的变化过大,从而导致功放的增益和输出功率随温度发生明显变化。为更好的理解,这里以滤波器为例,图1给出了ROGERS公司三个型号分别为RT/duroid®6002、RO4350B、Ceramic filled PTFE的PCB板材在不同温度下对微带耦合带通滤波器中心频率的影响。从图中可以看出,RT/duroid@6002的介电常数温度系数TCDk的绝对值最小,因此使用该板材制成的滤波器在不同温度范围内中心频率变化最小,而Ceramic filled PTFE的介电常数温度系数TCDk的绝对值最大,因此使用该板材制成的滤波器在不同温度范围内中心频率变化最大。因此,PCB板材的TCDk越小,对功放性能越有利。
图1 ROGERS公司三个型号分别为RT/duroid®6002、RO4350B、Ceramic filled PTFE的PCB板材在不同温度下对微带耦合带通滤波器中心频率的影响
损耗因子温度系数TCDf
损耗因子温度系数TCDf表示材料损耗随温度的变化关系。为最大化功放增益以及输出功率,就需要确保PCB板材损耗最小,即优先选择TCDf值较小的板材,这样就能保证在较宽温度范围内,损耗因子Df变化最小。
热导率
对于功率放大器设计者来说,热导率也是一个重要的PCB板材参数,因为它对PCB的热管理来说是一个很重要的参数,它能反映出功率放大器的散热能力。
图2给出了ROGERS公司两个型号分别为WG PTFE和RO4350TM Laminate的PCB板材在4W直流能加热情况下的散热情况。WG PTFE和RO4350TM Laminate的热导率分别为0.25和0.64W/m-K,因此从图中可以看出,对于热导率较大的RO4350B来说,中间电阻处的温度较低,从而说明了其散热能力较强。图3给出了在5W直流功率条件下,RO4350TM Laminate带与不带通孔阵列时PCB板材散热情况,从图中可明显看出带通孔的板材能非常有效的将热量进行转移。
图2 ROGERS公司两个型号分别为WG PTFE和RO4350TM Laminate的PCB板材在4W直流能加热情况下的散热情况
图3 在5W直流功率条件下,RO4350TM Laminate带与不带通孔阵列时PCB板材散热情况
热膨胀系数
热膨胀系数是另一个关键的材料参数,它主要与PCB生产过程的可靠性以及功率放大器或其他电路的长期可靠性有关。对于不同的材料,热膨胀系数是不同的,并且在某些应用中,热膨胀系数可能是个隐患,比如功率放大器。如果热膨胀系数较高,这对于需要高可靠性的应用来说是不适用的。根据经验来说,可接受的热膨胀系数值为70ppm/℃左右。Rogers的Ceramic filled PTFE的热膨胀系数为24ppm/℃,对热膨胀性能要求很高的功放来说,可选择该板材来作为基板。
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0066+-0007/DI,4350B 48X21 5E/5E 0200+-0015/DI,4350B 12X18 5E/5E 0166+-0015/DI,4350B 12X18 2E/2E 0100+-001/DI,6002 18X24 5E/50OHM-5E 0200+-0015/DI,4350B 24X18 1E/1E AR1 0100+-001/DI,RO3000,RT/DUROID 6035HTC PTFE 陶瓷,4350B 12X18 5E/5E 0133+-0015/DI,4350B 24X18 2E/2E 0066+-0007/DI,3003 12X18 HH/HH 0100+-0007/DI,3003 24X18 5ED/5ED 0600+-003/DI,4350B 24X18 1E/1E 0133+-0015/DI,4350B 48X36 1E/1E 0100+-001/DI,5880 18X12 HH/HH 0200+-001/DI,4350B 12X18 1E/1E 0040+-0007/DI-RSZ,4350B 48X42 1E/1E 0300+-002/DI,4350B 48X36 1E/1E 0200+-0015/DI,4350B 12X18 5E/5E 0040+-0007/DI,4350B 48X36 5E/5E 0166+-0015/DI,3003 12X18 5R/5R R3 0100+-0007/DI,TMM 6碳氢化合物陶瓷,4350B 48X40 5E/1E 0200+-0015/DI,4350B 12X18 1E/1E 0400+-003/DI,4350B 48X42 5E/5E 0200+-0015/DI,4350B 48X40 1E/1E 0600+-004/DI,3003 12X18 5R/5R 0100+-0007/DI,4350B 24X18 1E/1E 0400+-003/DI,3010 18X12 H1/H1 0250+-001/DI,4350B 24X36 1E/1E 0300+-002/DI,4350B 24X18 1E/1E 0600+-004/DI,4003C 48X36 5E/5E 0200+-0015/DI,6002 18X24 H1/H1 0300+-001/DI,5880 18X24 HH/HH 0620+-002/DI,6010.5LM 20X20 1E/100AL 0250+-001/DI,TMM 3碳氢化合物陶瓷,6006 10X20 2E/2E 0100+-001/DI,4350B 12X18 1E/1E 0066+-0007/DI,TMM 13I 碳氢化合物陶瓷,4350B 48X36 1E/1E 0300+-002/DI,4350B 48X40 1E/1E 0133+-0015/DI,4003C 48X36 5E/5E 0080+-001/DI,4350B 21X18 1TC/1TC 0207+-001/DI,4003C 24X18 5E/5E 0600+-004/DI,TMM3 18X12 1E/1E 0150+-0015/DI,435OB 24.25X18.25 5E/5E 0066+-0007/DI,6002 18X24 HH/HH 0050+-0005/DI,5880 18X24 5E/063AL 0200+-001/DI,3006 18X12 HH/HH 0050+-0005/DI,4350B 24X36 1E/1E 0200+-0015/DI,3003 24X18 1ED/1ED 0150+-001/DI,3003 24X18 1ED/1ED 0350+-0015/DI,3003 12X18 1ED/1ED 0350+-0015/DI,6010.2LM 10X20 H1/200AL 0250+-001/DI,TMM10 18X12 5E/040AL 0400+-0015/DI,4350B 48X42 1E/1E 0100+-001/DI,6010.2LM 10X10 HH/HH 0400+-0015/DI,6010.2LM 20X20 HH/200ALTT 0250+-001/DI,4003C 12X18 1E/1E 0160+-0015/DI,4350B 24X18 1E/1E AR1 0200+-0015/D,RT/DUROID 6006 PTFE 陶瓷,6010.5LM 10X10 5E/194AL 0500+-002/DI,RO4350B-TX 碳氢化合物陶瓷,TMM4 18X12 1E/1E 0150+-0015/DI,4350B 24X18 1E/1E 0433+-003/DI,6010.2LM 20X20 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