繼電器功分器和耦合器電路的材料
發(fā)布時(shí)間：2024-04-26
在這些電路設(shè)計(jì)中選擇合適的PCB材料有助于它們獲得更高的性能。這些不同的電路類型可以妥協(xié)的結(jié)構(gòu)和性能的設(shè)計(jì)，幫助設(shè)計(jì)師選擇板不同的應(yīng)用。威爾金森雙路功分器，是通過(guò)單一的輸入信號(hào)來(lái)提供雙路相等幅度和相位的輸出信號(hào)，實(shí)際上是一個(gè)“無(wú)耗”電路，設(shè)計(jì)使得其提供一對(duì)比原信號(hào)小3dB(或者說(shuō)是原信號(hào)一半)的輸出信號(hào)（功分器每個(gè)端口的輸出功率是隨著輸出端口數(shù)的增加而減?。Ｏ啾戎?，電阻式雙向功率分配器提供的輸出信號(hào)比原始信號(hào)小6分貝。阻性功分器中在每條支路可以增加的阻抗增加了成本損耗，但也同時(shí)增加了兩路信號(hào)系統(tǒng)之間的隔離。
和許多電路設(shè)計(jì)一樣，介電常數(shù)(Dk)一般都是選擇不同PCB材料的起點(diǎn)，并且功分器/功率合成器的設(shè)計(jì)者一般都傾向于采用高介電常數(shù)(Dk)的電路材料，因?yàn)檫@些材料相比于低介電常數(shù)材料來(lái)說(shuō)可以在更小尺寸的電路上提供有效的電磁耦合。高介電常數(shù)的電路設(shè)計(jì)存在這樣一個(gè)重要問(wèn)題，即電路板中的介電常數(shù)之間存在具有各向異性或者說(shuō)在x,y,z“497”電路進(jìn)行板材的介電常數(shù)值均不同。在同一方向上的介電常數(shù)發(fā)生變化影響很大時(shí)，同樣也是很難可以得到阻抗均一的傳輸線。
保持阻抗不變性在實(shí)現(xiàn)功分器/合路器特性時(shí)十分重要，介電常數(shù)(阻抗)的變化會(huì)導(dǎo)致電磁能量和功率分配的不均勻。幸運(yùn)的是，存在具有優(yōu)越各向同性的商業(yè)PCB材料可以用于這些電路中，這些材料具有相對(duì)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的水平上（在10GHz下測(cè)量）。這也可以理解為說(shuō)，在分功器/電路和耦合器的傳輸線路中的均勻阻抗特性可以使器件中的電磁能量的分布恒定和可測(cè)量。對(duì)于更高介電常數(shù)的PCB材料，TMM 13i層壓板具有12.85的介電常數(shù)并且在三個(gè)軸的變化在+/-0.35以內(nèi)（10GHz）。?
當(dāng)然，在設(shè)計(jì)功分器/功率合成器以及耦合器時(shí)，恒定的介電常數(shù)以及阻抗特性只是PCB材料參數(shù)的其中之一需要考慮的。當(dāng)設(shè)計(jì)功分器/合路器或耦合器電路時(shí)，小化插入損耗通常是一個(gè)重要的目標(biāo)，理想情況下，一個(gè)雙路的威爾金森功分器可以提供給兩個(gè)輸出端口-3dB或一半的輸入電磁能量。實(shí)際上，每個(gè)功分器/合路器（和耦合器）電路都會(huì)有一定的插入損耗，通常依賴于頻率（當(dāng)頻率升高損耗也升高），所以對(duì)于一個(gè)功分器/合路器的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，PCB材料的選擇需要考慮如何控制，使得電路的插入損耗低。?
在無(wú)源高頻器件如功分器/合路器或耦合器中，插入損耗實(shí)際上是很多損耗的總和，包括介質(zhì)損耗，導(dǎo)體損耗，輻射損耗以及泄露損耗。其中的一些損耗可以通過(guò)精心的電路設(shè)計(jì)來(lái)加以控制，它們也有可能依賴于PCB材料的特性并且可以通過(guò)合理地選擇PCB材料來(lái)使其損耗小。PCB材料的泄露損耗是經(jīng)過(guò)小化處理的，比如，做傳輸線時(shí)，板材為高體電阻率的，從而提供高隔離度降低了泄漏損耗。阻抗不匹配(即駐波比損耗)可以導(dǎo)致?lián)p耗，但是可以通過(guò)選擇恒定介電常數(shù)的PCB材料來(lái)減小。
在設(shè)計(jì)高功率水平的功率分配器/組合器和耦合器時(shí)，小損耗是至關(guān)重要的，因?yàn)樵诟吖β氏拢瑩p耗被轉(zhuǎn)換成熱并消散在器件和PCB材料中，并且熱對(duì)材料的介電常數(shù)(和阻抗)有影響。
