中心議題：

• 射頻設計熱問題處理

解決方案：

• 選擇正確的材料有助於熱量管理

熱量管理是所有電路設計人員都關心的一個問題，特別是針對大信號時。在射頻/微波電路中，大信號常見於功率放大器和係統發送端元件。不管是連續波（CW）信號還是脈衝信號，如果產生的熱量得不到有效疏導
，它們都將導致印製電路板（PCB）上和係統中的熱量積聚。對電子設備來說
，發熱意味著工作壽命的縮短。　　
 

圖1：新開發的RT/duroid 6035HTC電路材料用來滿足設計人員對改善高溫性能的需求。　　

防止電路熱量積聚需要一定的想象力：可以想象成熱量從一個熱源（如功率晶體管）流向一個目的地（如散熱片或設備底座）。　　

理解熱量在係統各射頻/微波元件中是如何產生的也有助於熱量分析。例如，功率放大器發熱不是僅因其工作在大功率級，諸如放大器效率
、放大器輸出端的阻抗匹配（VSWR）以及源自放大器輸出的熱路徑等因素都會影響放大器熱量的產生。盡管具有50%效率的功率放大器似乎已經很不錯，但這也會浪費掉係統供給它的一半能量
，其中大部分以熱量的形式損失掉了。　　

除功率放大器外
，像濾波器和功率分配器這樣的無源器件的插入損耗以及元件、同軸電纜和其它互連器件連接處的阻抗不匹配（高VSWR）也會導致“散熱障礙”。高效的熱管理需要了解熱量從源（例如放大器）流過所有連接電纜和其它元件再到散熱終點的熱量流動過程。　　

在電路層麵
，熱管理也是放大器自身的一個問題
，因為熱量從放大器的有源器件向外流動——youxiereliangtongguodianlubancailiao
，youxiejinruzhouweiyuanjian，youxieliurudianlubanshangxiafangzhouweidekongqi。lixiangqingkuangxia
，keyitigongyitiaorangreliangcongyouyuanqijianzhengquedisanfachulaidelujing，yinweizhexieqijianzhouweidereliangjijuyehuisuoduantamendegongzuoshouming。ciwai
，zhexiereliangkenengduimouxieqijianzaochengyouhaiyingxiang
，biruzaiguishuangjixingjingtiguanzhongwendudebuduanshangsheng，jitongchangsuoshuode“熱失控”。　　

在散熱不當的情況下，有些器件相比其它器件更易受到損壞。例如，GaAs半導體襯底的導熱率大約隻有矽器件的三分之一。在高溫下

，GaAs晶體管也可能遭受記憶效應的影響（也就是說即使溫度已經下降
，器件仍可能工作在高溫時的特定增益狀態）
，進而導致器件線性性能變差。

熱re量liang分fen析xi實shi質zhi上shang是shi基ji於yu對dui器qi件jian或huo電dian路lu中zhong使shi用yong的de不bu同tong材cai料liao的de研yan究jiu，以yi及ji這zhe些xie材cai料liao的de熱re阻zu或huo其qi對dui熱re量liang流liu動dong的de阻zu力li。當dang然ran，反fan過guo來lai說shuo就jiu是shi材cai料liao的de導dao熱re率lv
，這zhe是shi衡heng量liang材cai料liao導dao熱re能neng力li的de一yi個ge指zhi標biao。熱re材cai料liao（比如導熱膠和電路板材料）的數據手冊中一般都列有這一參數，參數值越高，代表這種材料處理大功率級和發熱量的能力就越高。　　

熱阻可以用溫度變化（該數值是作為所采用功率的函數）來描述
，通常單位為℃/W。在為器件、dianlubanhexitongjianlireliangmoxingshi，bixukaolvsuoyourexiaoyingdeyingxiang，zhebujinbaokuoqijiandezifarexiaoying

，haibaokuoqiduizhoubianqijiandeyingxiang。youyuzhexiejiaohuzuoyongdecunzai

，rejianmoyibanshitongguogoujianyigedaiyouquanbufareqijianderejuzhenlaiwanchengde。　　

在電路上
，即使像電容這樣的無源電路元件也可能對散熱起作用。American Technical Ceramics公司的應用筆記《陶瓷電容中的ESR損耗（ESR Losses in Ceramic Capacitors）》就討論了不同類型電容可以安全散發多大的功率，依據的是這些電容的等效串聯電阻（ESR）額定值。該筆記還詳細介紹了具有高ESR值的電容會如何泄漏便攜式設備中電池的電能，進而導致電池壽命的縮短。另一個有用的參考是Hittite Microwave公司的應用筆記《表貼元件的熱量管理（Thermal Management for Surface Mount Components）》，它介紹了如何將表麵貼裝元件包含進電路級熱量模型中。　　

當然，為了使係統能考慮到所有的熱量規劃

，正確的熱量設計應從PCB級和選擇最適合特定電路設計中功率和熱量等級的PCB層(ceng)壓(ya)材(cai)料(liao)開(kai)始(shi)。在(zai)選(xuan)擇(ze)電(dian)路(lu)板(ban)層(ceng)壓(ya)材(cai)料(liao)時(shi)
，不(bu)應(ying)隻(zhi)是(shi)簡(jian)單(dan)地(di)選(xuan)擇(ze)具(ju)有(you)最(zui)高(gao)導(dao)熱(re)率(lv)的(de)材(cai)料(liao)，還(hai)需(xu)要(yao)考(kao)慮(lv)在(zai)不(bu)同(tong)溫(wen)度(du)下(xia)的(de)電(dian)氣(qi)和(he)機(ji)械(xie)穩(wen)定(ding)性(xing)。　　
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例如，層壓板可由其在所有三個方向（長
、寬、厚）上的熱膨脹係數（CTE）以(yi)及(ji)介(jie)電(dian)常(chang)數(shu)的(de)熱(re)係(xi)數(shu)來(lai)描(miao)述(shu)。第(di)一(yi)個(ge)參(can)數(shu)代(dai)表(biao)了(le)材(cai)料(liao)隨(sui)溫(wen)度(du)變(bian)化(hua)而(er)膨(peng)脹(zhang)或(huo)收(shou)縮(suo)的(de)程(cheng)度(du)，而(er)第(di)二(er)個(ge)參(can)數(shu)表(biao)明(ming)了(le)介(jie)電(dian)常(chang)數(shu)隨(sui)溫(wen)度(du)的(de)變(bian)化(hua)情(qing)況(kuang)。第(di)一(yi)個(ge)參(can)數(shu)對(dui)可(ke)靠(kao)性(xing)有(you)很(hen)大(da)影(ying)響(xiang)
，而(er)第(di)二(er)個(ge)參(can)數(shu)可(ke)能(neng)引(yin)起(qi)介(jie)電(dian)常(chang)數(shu)在(zai)不(bu)同(tong)溫(wen)度(du)下(xia)發(fa)生(sheng)偏(pian)離(li)，最(zui)終(zhong)導(dao)致(zhi)微(wei)帶(dai)電(dian)路(lu)中(zhong)的(de)阻(zu)抗(kang)發(fa)生(sheng)變(bian)化(hua)（例如
，這種變化可能改變帶通濾波器的中心頻率）。　　

由於很多係統（包括商業通信和戰術軍事係統）都dou需xu要yao具ju有you高gao可ke靠kao性xing和he穩wen定ding的de電dian氣qi性xing能neng，電dian路lu板ban材cai料liao供gong應ying商shang近jin年nian來lai非fei常chang關guan注zhu熱re管guan理li問wen題ti，開kai發fa出chu的de材cai料liao不bu僅jin能neng夠gou處chu理li類lei似si功gong率lv放fang大da器qi等deng電dian路lu中zhong的de較jiao高gao功gong率lv級ji

，而er且qie在zai高gao溫wen下xia不bu會hui發fa生sheng電dian氣qi性xing能neng改gai變bian。例li如ru
，Rogers Corporation公司最近發布的RT/duroid 6035HTC電路材料就是一種陶瓷填充PTFE複合材料
，其導熱率高達1.44 W/m/K，是標準FR-4型電路板材料的好幾倍（見圖1）。這種材料整合了穩定的機械與電氣性能以及導熱性能
，因此可作為高頻功率放大器的理想材料。　　

xuanzezhengquedecailiaoyouzhuyureliangguanli
，dantongyangyaoqiuzuoreliangfenxi。ruguokaolvdaoshejizhongmeigeyouyuanqijiandewendu
，namezhengquedereliangfenxihuifeichanghaoshi。weilebangzhufenxi，anjielunkeji（Agilent Technologies）公司推出的先進設計係統（ADS）工具等商業軟件仿真工具近年來都進行了升級，針對熱建模專門增加了功能或軟件工具。例如，Computer Simulation Technology公司的EM Studio電磁（EM）軟件已被用於模擬雙模濾波器中的溫度分布情況，這套軟件使用該公司的CST Microwave Studio軟件工具首次計算了濾波器導電金屬中的電流密度分布。　　

Microwave Office軟件設計工具套件供應商AWR公司在今年初與CapeSym公司簽署了一份協議，成為CapeSym公司單片微波集成電路（MMIC）SYMMIC熱分析建模軟件的全球獨家零售商。　　

在專用熱量分析工具方麵，Daat Research公司提供了許多易用的建模工具，可實現從器件級直至係統級的所有層麵分析，其中包括Coolit軟件。對於那些對熱量建模比較陌生而又想做實驗的工程師

，Freebyte提供了免費的熱量分析軟件
，其中包括Harvard Thermal公司開發的TAS軟件演示版和ThermoAnalytics公司開發的WinTherm軟件演示版。