【編者按】本文講述電子元件應對處理高功率電平的途徑。

　　發(fā)射機要求功率在限制范圍內(nèi)扣溺。一般來說骇窍，這些限制范圍由政府機構規(guī)定，例如美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)制定的通信標準锥余。但在“不受管制”系統(tǒng)中像鸡，比如雷達和電子戰(zhàn)(EW)平臺中，限制主要來自于系統(tǒng)中的電子元件哈恰。每個元件都有一個最大的功率極限只估，不管是有源器件(如放大器)，還是無源器件(如電纜或濾波器)着绷。理解功率在這些元件中如何流動有助于在設計電路與系統(tǒng)時處理更高的功率電平蛔钙。

　　當電流流過電路時锌云，部分電能將被轉換成熱能。處理足夠大電流的電路將發(fā)熱——特別是在電阻高的地方吁脱，如分立電阻桑涎。對電路或系統(tǒng)設定功率極限的基本思路是利用低工作溫度防止任何可能損壞電路或系統(tǒng)中元件或材料的溫升，例如印刷電路板中使用的介電材料灿躏。電流/熱量流經(jīng)電路時發(fā)生中斷(例如松散的或虛焊連接器)烈瘸，也可能導致熱量的不連續(xù)性或熱點，進而引起損壞或可靠性問題兽肮。溫度效應范般，包括不同材料間熱膨脹系數(shù)(CTE)的不同，也可能導致高頻電路和系統(tǒng)中發(fā)生可靠性問題郭血。

　　熱量總是從更高溫度的區(qū)域流向較低溫度的區(qū)域钟展，這個原則可以用來將大功率電路產(chǎn)生的熱量傳離發(fā)熱源，如晶體管或TWT瓶答。當然肢钙，從熱源開始的散熱路徑應該包括由能夠疏通或耗散熱量的材料組成的目的地，比如金屬接地層或散熱器山毛。不管怎樣遍削，任何電路或系統(tǒng)的熱管理只有在設計周期一開始就考慮才能最佳地實現(xiàn)。

　　一般用熱導率來比較用于管理射頻/微波電路熱量的材料性能泽兼，這個指標用每米材料每一度(以開爾文為單位)施加的功率(W/mK)來衡量子擅。也許對任何高頻電路來說這些材料最重要的一個因素是PCB疊層，這些疊層一般具有較低的熱導率爽冕。比如低成本高頻電路中經(jīng)常使用的FR4疊層材料仇祭，它們的典型熱導率只有0.25W/mK。

　　相反颈畸，銅(沉積在FR4上乌奇，作為地高平面或電路走線)具有355W/mK的熱導率。銅具有很大的熱流動容量眯娱，而FR4具有幾乎可以忽略的熱導率礁苗。為防止在銅傳輸線上產(chǎn)生熱點，必須為從傳輸線到地平面徙缴、散熱器或其它一些高熱導率區(qū)域提供高熱導率路徑试伙。更薄的PCB材料允許到地平面的路徑更短，因為可以使用電鍍過孔(PTH)從電路走線連接到地平面于样。

　　當然疏叨，PCB的功率處理能力是許多因素的函數(shù)，包括導體寬度、地平面間距和材料的耗散因數(shù)(損耗)蚤蔓。此外泛汁，材料的介電常數(shù)將確定在給定理想特征阻抗下的電路尺寸，比如50Ω陶焙，因此具有更高介電常數(shù)值的材料允許電路設計師減小其射頻/微波電路的尺寸寿经。也就是說，這些更短的金屬走線意味著需要具有更高熱導率的PCB介電材料來實現(xiàn)正確的熱管理听量。

　　在給定的應用功率電平下剖坟，具有更高熱導率的電路材料的溫升要比更低熱導率材料低。遺憾的是榕暴，F(xiàn)R4與許多具有低熱導率的其它PCB材料沒有什么不同绪桑。不過，電路的熱處理能力和功率處理能力可以通過規(guī)定采用至少與FR4相比具有更高熱導率的PCB材料加以改進幅之。

　　例如语哺，雖然還沒到銅的熱導率水平逐豆，但Rogers公司的幾種PCB材料可以提供比FR4高得多的熱導率刑炎。RO4350B材料的熱導率是0.62W/mK，而該公司的RO4360疊層熱導率可達0.80W/mK范颠。雖然沒有顯著的提高浦译，但與FR4疊層相比確實有了兩至三倍的熱/功率能力提升，可實現(xiàn)射頻/微波電路所產(chǎn)生熱量的有效耗散溯职。這兩種材料特別適合具有內(nèi)置熱源(晶體管)的放大器應用精盅，它們都具有較低的熱膨脹系數(shù)(CTE)值，因此能最大限度地減少隨溫度發(fā)生的尺寸變化谜酒。

　　許多商用計算機輔助工程(CAE)軟件設計包能夠在給定的應用功率電平和給定的電路參數(shù)設置條件下建模經(jīng)過射頻/微波電路的熱量流動叹俏，包括PCB的熱導率。這些軟件設計包包含有許多單獨的程序僻族，比如SonnetSoftware公司的電磁仿真(EM)工具粘驰、Fluent公司的IcePak軟件、ANSYS公司的TASPCB軟件以及Flomerics公司的Flotherm軟件述么。它們還包含許多設計軟件工具套件蝌数，如安捷倫科技(Agilent)的高級設計系統(tǒng)(ADS)、ComputerSimulationTechnology公司(CST)的CSTMicrowaveStudio以及AWR公司的MicrowaveOffice度秘。

　　這些軟件工具甚至可以用來研究不同工作環(huán)境對射頻/微波電路功率處理能力的影響顶伞，比如在飛機的低大氣壓力或高海拔環(huán)境下足夠高功率電平下可能出現(xiàn)的電弧。這些程序還能通過對能量流經(jīng)元件(如耦合器或濾波器)時的場分布情況建模剑梳，來提升分立射頻/微波元件的功率處理能力唆貌。

　　當然，PCB材料并不是影響射頻/微波電路或系統(tǒng)中熱量流動的唯一因素。電纜和連接器對高頻系統(tǒng)中功率/熱量的限制也是眾所周知的吕得。在同軸組件中舀闻，連接器通常可以比它所連接的電纜處理更多的熱量/功率消耸，而不同連接器具有不同的功率額定值手霎。例如，N型連接器的功率額定值稍高于具有更小尺寸(和更高頻率范圍)的SMA連接器租既。電纜和連接器的平均功率和峰值功率都有額定值杖进，峰值功率等于V2/Z，其中Z是特征阻抗宿拔，V是峰值電壓隧庐。平均功率額定值的簡單估算方法是將電纜組件的峰值功率額定值乘以占空比。

　　Astrolab公司等許多電纜供應商開發(fā)了專門的計算程序來計算他們的同軸電纜組件的功率處理能力视甩。而TimesMicrowaveSystems等一些公司則提供免費的可下載計算程序士袜，這些程序可用于預測他們自己的不同類型同軸電纜的功率處理能力。

　　值得注意的是电爹，這是對復雜主題的極其簡單化處理蔫仙。它還沒有涉及材料擊穿電壓、PCB耗散因數(shù)(損耗因數(shù))如何影響電路的功率處理能力丐箩、對PCB材料熱膨脹系數(shù)(CTE)性能的影響以及連續(xù)波和脈沖能源之間發(fā)熱效應區(qū)別等主題摇邦。

　　在元件、電路和系統(tǒng)內(nèi)屎勘，還有許多復雜的現(xiàn)象可能影響到功率處理能力施籍，包括具有“打開”和“關閉”狀態(tài)的開關等可能具有不同射頻/微波功率能力的元件。除了軟件程序外概漱，可用于熱分析的工具還可以提供基于紅外(IR)技術的熱成像功能丑慎，可以用來安全地研究元件、電路和系統(tǒng)中的熱量累積瓤摧。這些熱成像工具可以從多種來源獲得竿裂，包括FLIRSystems公司和福祿克公司

聲明：本網(wǎng)站所收集的部分公開資料來源于互聯(lián)網(wǎng)，轉載的目的在于傳遞更多信息及用于網(wǎng)絡分享姻灶，并不代表本站贊同其觀點和對其真實性負責铛绰，也不構成任何其他建議。本站部分作品是由網(wǎng)友自主投稿和發(fā)布铡畜、編輯整理上傳丈巩，對此類作品本站僅提供交流平臺，不為其版權負責那梭。如果您發(fā)現(xiàn)網(wǎng)站上所用視頻超丛、圖片蚂霎、文字如涉及作品版權問題，請第一時間告知逢棺，我們將根據(jù)您提供的證明材料確認版權并按國家標準支付稿酬或立即刪除內(nèi)容贷挠，以保證您的權益！聯(lián)系電話：010-58612588 或 Email:editor@mmsonline.com.cn篱馅。