PCB材料選型基礎!設計功分器和耦合器的必做功課
發布時間:2015-01-16 責任編輯:sherryyu
【導讀】如何選擇高頻器件功分器和耦合器的PCB材料呢?PCB板材的選擇對於這些器件實現所預想的性能來講是一個關鍵因素。設計和加工功分器/合路器/耦合器時,理解PCB材料的性能如何影響這些器件最終的性能對選擇也是很有幫助的!
功分器和合路器是最常用/最常見的高頻器件,對於耦合器例如定向耦合器來說也是如此。這些器件用於功分、合路、耦合來自天線或係統內部的高頻能量,且損耗和泄露很小。PCB板材的選擇對於這些器件實現所預想的性能來講是一個關鍵因素。當設計和加工功分器/合路器/耦合器時,理解PCB材料的性能如何影響這些器件最終的性能是很有幫助的,例如:能夠幫助對選定板材的一係列不同性能指標做出限製,包括頻率範圍,工作帶寬,功率容量。
許多各種不同的電路用於設計功分器(反過來用即是合路器)和耦合器,它們具有各種不同的形式。功分器有簡單的雙路功分以及複雜的Nlugongfen,shixitongshijidexuyaoerding。henduobutongdedingxiangouheqiyijiqitaleixingdeouheqijinxienianlaiyeyouhendafazhan,baokuoweierjinsenhezuxinggongfenqiyijilangeouheqihezhengjiaohunhejiedianqiao,tamenyouhenduobutongdexingshihechicun。zaizhexiedianlushejizhongxuanzeheshidePCB材料有助於其達到最佳的性能。
這zhe些xie不bu同tong的de電dian路lu類lei型xing都dou會hui折zhe衷zhong考kao慮lv設she計ji的de結jie構gou和he性xing能neng,幫bang助zhu設she計ji者zhe針zhen對dui不bu同tong的de應ying用yong選xuan擇ze板ban材cai。威wei爾er金jin森sen雙shuang路lu功gong分fen器qi,是shi通tong過guo單dan一yi的de輸shu入ru信xin號hao來lai提ti供gong雙shuang路lu相xiang等deng幅fu度du和he相xiang位wei的de輸shu出chu信xin號hao,實shi際ji上shang是shi一yi個ge“無耗”電路,設計使得其提供一對比原信號小3dB(或者說是原信號一半)的輸出信號(功分器每個端口的輸出功率是隨著輸出端口數的增加而減小)。相比來說,阻性的雙路功分器則提供一對比原信號小6dB的輸出信號。阻性功分器中在每條支路增加的阻抗增加了損耗,但也增加了兩路信號之間的隔離。
和許多電路設計一樣,介電常數(Dk)一般都是選擇不同PCB材料的起點,並且功分器/功率合成器的設計者一般都傾向於采用高介電常數(Dk)dedianlucailiao,yinweizhexiecailiaoxiangbiyudijiedianchangshucailiaolaishuokeyizaigengxiaochicundedianlushangtigongyouxiaodedianciouhe。gaojiedianchangshudedianlucunzaiyigewenti,jidianlubanzhongdejiedianchangshucunzaigexiangyixinghuozheshuozaix,y,z方向上電路板材的介電常數值均不同。在同一方向上的介電常數變化很大時,同樣很難得到阻抗均一的傳輸線。
保持阻抗不變性在實現功分器/合路器特性時十分重要,介電常數(阻抗)的變化會導致電磁能量和功率分配的不均勻。幸運的是,存在具有優越各向同性的商業PCB材料可以用於這些電路中,如TMM 10i電路材料。這些材料具有相對高的介電常數值9.8,並且在三個坐標軸方向上保持在9.8+/-0.245的水平上(在10GHz下測量)。這也可以理解成,功分器/合路器和耦合器的傳輸線中,均一的阻抗特性可以使得器件中電磁能量的分配恒定並且可測。對於更高介電常數的PCB材料,TMM 13i層壓板具有12.85的介電常數並且在三個軸的變化在+/-0.35以內(10GHz)。
當然,在設計功分器/功率合成器以及耦合器時,恒定的介電常數以及阻抗特性隻是PCB材料參數的其中之一需要考慮的。當設計功分器/合路器或耦合器電路時,最小化插入損耗通常是一個重要的目標,理想情況下,一個雙路的威爾金森功分器可以提供給兩個輸出端口-3dB或一半的輸入電磁能量。實際上,每個功分器/合路器(和耦合器)電路都會有一定的插入損耗,通常依賴於頻率(當頻率升高損耗也升高),所以對於一個功分器/合路器的設計來說,PCB材料的選擇需要考慮如何控製,使得電路的插入損耗最小。
在無源高頻器件如功分器/合(he)路(lu)器(qi)或(huo)耦(ou)合(he)器(qi)中(zhong),插(cha)入(ru)損(sun)耗(hao)實(shi)際(ji)上(shang)是(shi)很(hen)多(duo)損(sun)耗(hao)的(de)總(zong)和(he),包(bao)括(kuo)介(jie)質(zhi)損(sun)耗(hao),導(dao)體(ti)損(sun)耗(hao),輻(fu)射(she)損(sun)耗(hao)以(yi)及(ji)泄(xie)露(lu)損(sun)耗(hao)。其(qi)中(zhong)的(de)一(yi)些(xie)損(sun)耗(hao)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)精(jing)心(xin)的(de)電(dian)路(lu)設(she)計(ji)來(lai)加(jia)以(yi)控(kong)製(zhi),它(ta)們(men)也(ye)有(you)可(ke)能(neng)依(yi)賴(lai)於(yu)PCB材料的特性並且可以通過合理地選擇PCB材料來使其損耗最小。阻抗不匹配(即駐波比損耗)可以導致損耗,但是可以通過選擇恒定介電常數的PCB材料來減小。
最小化損耗在設計高功率值的功分器/合路器和耦合器中非常關鍵,因為在高功率下損耗會轉化為熱量並消散在器件和PCB材料中,而熱量會對材料的介電常數值(和阻抗值)產生影響。
總之,當設計和加工高頻功分器/合路器和耦合器時,PCB材cai料liao的de選xuan擇ze應ying該gai基ji於yu很hen多duo不bu同tong的de關guan鍵jian材cai料liao特te性xing,包bao括kuo介jie電dian常chang數shu值zhi,材cai料liao中zhong介jie電dian常chang數shu的de連lian續xu性xing,環huan境jing因yin素su如ru溫wen度du,減jian小xiao材cai料liao的de損sun耗hao包bao括kuo介jie質zhi損sun耗hao和he導dao體ti損sun耗hao以yi及ji功gong率lv容rong量liang。針zhen對dui具ju體ti的de應ying用yong選xuan擇zePCB材料有助於設計高頻功分器/合路器或耦合器時取得成功。
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