PCB設(shè)計(jì)中如何選擇功率分配器和耦合器的PCB材料

功率分配器和合成器是最常用/常見(jiàn)的高頻器件，定向耦合器等耦合器也是如此。 這些器件用于對(duì)來(lái)自天線或系統(tǒng)的高頻能量進(jìn)行功率分配、合并和耦合，損耗和泄漏都非常小。 PCB板的選擇是這些器件達(dá)到預(yù)期性能的關(guān)鍵因素。 在設(shè)計(jì)和加工功率分配器/合成器/耦合器時(shí)，了解 PCB 材料的性能如何影響這些器件的最終性能會(huì)很有幫助。 例如，它可以幫助限制所選板的一系列不同的性能指標(biāo)，包括頻率范圍、工作帶寬和功率容量。

許多不同的電路用于設(shè)計(jì)功率分配器（進(jìn)而組合器）和耦合器，它們具有不同的形式。 功分器有簡(jiǎn)單的兩路功分器和復(fù)雜的N路功分器，根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際需要而定。 許多不同的定向耦合器和其他類(lèi)型的耦合器近年來(lái)也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，包括威爾金森和電阻功率分配器、蘭格耦合器和正交混合節(jié)電電橋，它們有許多不同的形式和尺寸。 在這些電路設(shè)計(jì)中選擇合適的PCB材料將有助于它們實(shí)現(xiàn)最佳性能。

這些不同的電路類(lèi)型將損害設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)和性能，以幫助設(shè)計(jì)人員為不同的應(yīng)用選擇板。 威爾金森兩路功率分配器通過(guò)單個(gè)輸入信號(hào)提供幅度和相位相等的兩路輸出信號(hào)。 事實(shí)上，它是一個(gè)“無(wú)損”電路，旨在提供比原始信號(hào)小3dB（或原始信號(hào)的一半）的輸出信號(hào)（功分器每個(gè)端口的輸出功率隨著功率分配器的增加而減小） 輸出端口數(shù)量）。 相比之下，電阻式雙功率分配器提供的輸出信號(hào)比原始信號(hào)小6dB。電阻功率分配器每個(gè)支路中添加的阻抗增加了損耗，但也增加了兩個(gè)信號(hào)之間的隔離度。

與許多電路設(shè)計(jì)一樣，介電常數(shù)（Dk）一般是選擇不同PCB材料的出發(fā)點(diǎn)，功率分配器/功率合成器設(shè)計(jì)者一般傾向于使用高介電常數(shù)（Dk）的電路材料，因?yàn)檫@些材料可以提供有效的電磁耦合 與低介電常數(shù)材料相比，適用于更小的電路。 高介電常數(shù)的電路存在一個(gè)問(wèn)題，即電路板中的介電常數(shù)具有各向異性或者電路板在x、y、z方向上的介電常數(shù)值不同。 當(dāng)同一方向介電常數(shù)變化較大時(shí)，也很難得到阻抗均勻的傳輸線。

保持阻抗不變性對(duì)于實(shí)現(xiàn)功率分配器/合成器的特性非常重要。介電常數(shù)（阻抗）的變化會(huì)導(dǎo)致電磁能量和功率分布不均勻。 幸運(yùn)的是，有具有優(yōu)異各向同性的商用 PCB 材料可用于這些電路，例如 TMM 10i 電路材料。 這些材料具有相對(duì)較高的介電常數(shù)值9.8，并且在三個(gè)坐標(biāo)軸方向上保持在9.8+/-0.245（在10GHz測(cè)量）的水平。 也可以理解，在功率分配器/合路器和耦合器的傳輸線路中，均勻的阻抗特性可以使設(shè)備中電磁能量的分布恒定且可測(cè)量。 對(duì)于介電常數(shù)較高的PCB材料，TMM 13i層壓板的介電常數(shù)為12.85，三軸變化在+/-0.35（10GHz）以?xún)?nèi)。

當(dāng)然，在設(shè)計(jì)功率分配器/功率合成器和耦合器時(shí)，恒定的介電常數(shù)和阻抗特性只是需要考慮的PCB材料參數(shù)之一。在設(shè)計(jì)功率分配器/組合器或耦合器電路時(shí)，最小化插入損耗通常是一個(gè)重要目標(biāo)。 理想情況下，雙向威爾金森功率分配器可以為兩個(gè)輸出端口提供 - 3dB 或輸入電磁能量的一半。 事實(shí)上，每個(gè)功率分配器/合成器（和耦合器）電路都會(huì)有一定的插入損耗，這通常取決于頻率（當(dāng)頻率增加時(shí)，損耗也增加）。 因此，對(duì)于功率分配器/合成器的設(shè)計(jì)，PCB材料的選擇需要考慮如何控制以最小化電路的插入損耗。

在功率分配器/合路器或耦合器等無(wú)源高頻器件中，插入損耗實(shí)際上是多種損耗的總和，包括介質(zhì)損耗、導(dǎo)體損耗、輻射損耗和泄漏損耗。 其中一些損耗可以通過(guò)仔細(xì)的電路設(shè)計(jì)來(lái)控制，并且它們也可能取決于PCB材料的特性，并且可以通過(guò)合理選擇PCB材料來(lái)最小化。 阻抗失配（即駐波比損耗）會(huì)造成損耗，但可以通過(guò)選擇介電常數(shù)恒定的PCB材料來(lái)降低損耗。

最小化損耗對(duì)于設(shè)計(jì)高功率值的功率分配器/合路器和耦合器至關(guān)重要，因?yàn)樵诟吖β氏拢瑩p耗將轉(zhuǎn)化為熱量并耗散在器件和 PCB 材料中，而熱量會(huì)影響材料的介電常數(shù)（和阻抗值）。

總之，在設(shè)計(jì)和加工高頻功率分配器/合路器和耦合器時(shí)，應(yīng)根據(jù)許多不同的關(guān)鍵材料特性來(lái)選擇PCB材料，包括介電常數(shù)值、材料介電常數(shù)的連續(xù)性、溫度等環(huán)境因素以及降低 材料損耗包括介電損耗、導(dǎo)體損耗和功率容量。 針對(duì)特定應(yīng)用選擇 PCB 材料將有助于成功設(shè)計(jì)高頻功率分配器/合成器或耦合器。         ----PCB組裝、PCB設(shè)計(jì)和PCB加工廠家講解了PCB設(shè)計(jì)中如何選擇功率分配器和耦合器的PCB材料。