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N路lu功gong分fen,視shi係xi統tong實shi際ji的de需xu要yao而er定ding。很hen多duo不bu同tong的de定ding向xiang耦ou合he器qi以yi及ji其qi他ta類lei型xing的de耦ou合he器qi近jin些xie年nian來lai也ye有you很hen大da發fa展zhan,包bao括kuo威wei爾er金jin森sen和he阻zu性xing功gong分fen器qi以yi及ji蘭lan格ge耦ou合he器qi和he正zheng交jiao混hun合he節jie電dian橋qiao,它ta們men有you很hen多duo不bu同tong的de形xing式shi和he尺chi寸cun。在zai這zhe些xie電dian路lu設she計ji中zhong選xuan擇ze合he適shi的dePCB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/heluqihuoouheqizhong,charusunhaoshijishangshihenduosunhaodezonghe,baokuojiezhisunhao,daotisunhao,fushesunhaoyijixielusunhao。qizhongdeyixiesunhaokeyitongguojingxindedianlushejilaijiayikongzhi,tamenyeyoukenengyilaiyuPCB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,PCBcailiaodexuanzeyinggaijiyuhenduobutongdeguanjiancailiaotexing,baokuojiedianchangshuzhi,cailiaozhongjiedianchangshudelianxuxing,huanjingyinsuruwendu,jianxiaocailiaodesunhaobaokuojiezhisunhaohedaotisunhaoyijigonglvrongliang。zhenduijutideyingyongxuanzePCB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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