盡管也有一些高功率的PCB應(yīng)用與基站無關(guān)，但大部分高功率的PCB應(yīng)用都與基站的功率放大器相關(guān)。在設(shè)計此類高功率RF應(yīng)用時，需要做多個方面的考慮。本篇文章集中討論的是基于PCB的基站功率放大器的應(yīng)用，但此處討論的基本概念也適用于其他高功率應(yīng)用中。

大多數(shù)高功率RF應(yīng)用都存在熱管理問題，做好熱量管理需要考慮一些基本的關(guān)系。例如與損耗的關(guān)系，當(dāng)電路中輸入信號功率后，損耗越高的電路會產(chǎn)生更高的熱量；另一個是與頻率相關(guān)，頻率越高將產(chǎn)生更多的熱量。另外，任何介質(zhì)材料中熱量的增加會引起介電材料Dk（介電常數(shù)）的變化，即介電常數(shù)溫度系數(shù)（TCDk）。隨著損耗的變化導(dǎo)致電路溫度的變化，溫度的變化導(dǎo)致Dk的變化。這種由TCDk引起的Dk變化會影響RF電路的性能，并且可能會對系統(tǒng)應(yīng)用造成影響。

對于熱損耗關(guān)系，可以考慮多種不同材料以及對應(yīng)的PCB特性。有時，當(dāng)設(shè)計人員為PCB應(yīng)用選擇低損耗材料時，他們可能只考慮了耗散因子（Df或損耗角正切）。Df僅僅是材料的介質(zhì)損耗，但是，電路還會有其它損耗。與射頻性能相關(guān)的電路總損耗是插入損耗，插入損耗由四個損耗組成，是介質(zhì)損耗、導(dǎo)體損耗、輻射損耗和泄漏損耗的總和。

使用Df為0.002的極低損耗材料和非常光滑銅箔的電路將具有相對較低的插入損耗。然而，如果仍使用相同的低損耗材料的相同電路，但使用粗糙度大的電解銅（ED）代替光滑銅就會導(dǎo)致插入損耗顯著增加。

銅箔表面粗糙度將影響電路的導(dǎo)體損耗。需要明確的是，與損耗有關(guān)的表面粗糙度是在加工層壓板時銅—介質(zhì)界面處的銅箔表面粗糙度。另外，如果電路使用的介質(zhì)較薄，銅箔面就會更靠近，此時銅箔表面粗糙度對插入損耗將比相對厚的介質(zhì)產(chǎn)生更大的影響。

對于大功率RF應(yīng)用通常熱管理是一個常見問題，選擇低Df和光滑銅箔的層壓板更具優(yōu)勢。另外，選擇具有高導(dǎo)熱率的層壓板通常也是一件明智的事情。高導(dǎo)熱率將有助于且有效地將熱量從電路中轉(zhuǎn)移到散熱器中。

頻率—熱量關(guān)系表明假設(shè)在兩個頻率上具有相同的RF功率，當(dāng)頻率增加時會產(chǎn)生更多的熱量。以羅杰斯進(jìn)行的一些熱管理實驗為例，發(fā)現(xiàn)在3.6 GHz頻率下加載80w射頻功率的微帶傳輸線的熱量上升約為50°C。而同一電路在6.1 GHz頻率下施加80w功率進(jìn)行測試時，熱量上升約為80°C。

溫度隨著頻率增加而升高的原因有很多。原因之一是材料的Df會隨著頻率的增加而增加，這將導(dǎo)致更多的介質(zhì)損耗，并最終導(dǎo)致插入損耗和熱量的增加。另一個問題是導(dǎo)體損耗隨頻率的增加而增加。導(dǎo)體損耗的增加幾乎是由于趨膚深度隨頻率增加而變小導(dǎo)致。另外，隨著頻率的增加，電場將更加稠密，在電路的給定區(qū)域中將有更大的功率密度，這也將增加熱量。

最后，材料的TCDk在本文章中已多次提及，它是Dk隨溫度變化而變化的材料的固有屬性，是一種經(jīng)常被忽略的材料特性。對于功率放大器電路，設(shè)計中都有1/4波長線用于匹配網(wǎng)絡(luò)，而這些網(wǎng)絡(luò)對Dk波動非常敏感。當(dāng)Dk發(fā)生較大變化時，1/4波長匹配將發(fā)生偏移，導(dǎo)致功率放大器的效率會發(fā)生變化，這是非常不希望的。

總之，在為高功率RF應(yīng)用選擇高頻材料時，該材料應(yīng)具有低Df，相對光滑的銅箔，高導(dǎo)熱率和低TCDk。在考慮這些材料特性以及最終用途的要求時，需要進(jìn)行很多權(quán)衡。因此，在為高功率RF應(yīng)用選擇材料時，設(shè)計人員與他們的材料供應(yīng)商聯(lián)系總是明智的。

該文章英文版首次發(fā)表于“PCB007英文雜志”。