از طریق طراحی مشترک انتخاب مواد، بهینهسازی مدیریت حرارتی، طراحی ساختار الکترومغناطیسی، و کنترل فرآیند دقیق، بردهای PCB با فرکانس بالا میتوانند به طور سیستماتیک نیازهای سختگیرانه تقویتکنندههای RF و مایکروویو را برآورده کنند و سه نقطه درد اصلی از دست دادن سیگنال، عدم تطابق توان حرارتی و عدم تطابق زیاد را برطرف کنند.
انتخاب بستر اصلی: متعادل کردن عملکرد RF و هدایت حرارتی
تضاد اصلی تقویتکنندههای توان بالا، تعادل بین تلفات سیگنال کم و قابلیت اتلاف حرارت بالا است و لازم است بردهای مناسب بر این اساس انتخاب شوند.
سناریوهای PA قدرت کوچک و متوسط: Rogers RO4350B با رسانایی حرارتی 0.69W/m · K ترجیح داده می شود، Dk@10GHz =3.48، Df@10GHz =0.0037، هدایت حرارتی بین FR-4 معمولی دو برابر است، و با پردازش های معمولی PCB سازگار است و با یک PCB معمولی سازگار است. هزینه
سناریوی RF/مایکروویو با قدرت بالا: RT/duroid 6035HTC انتخاب شده است، با رسانایی حرارتی 1.44W/m · K، که 2.4 برابر مواد با فرکانس بالا استاندارد است. این به طور خاص برای تقویتکنندههای توان با چگالی بالا- طراحی شده است و میتواند به سرعت گرمای متراکم لولههای برق GaN را صادر کند.
سناریوی ماژول PA کوچک: با استفاده از Rogers TMM10، Dk=9.20 میتواند به طور قابل توجهی اندازه شبکه تطبیق طول موج 1/4 را با هدایت حرارتی 0.76W/m · K کاهش دهد و نیازهای کوچکسازی و اتلاف گرما را متعادل کند.
انتخاب فویل مس: مسیر سیگنال فرکانس بالا-از فویل مسی فوق-کم مشخصات (HVLP, Rz) استفاده میکند<2 μ m) to suppress conductor loss caused by skin effect; The high current carrying path uses 2oz-4oz thick copper foil to enhance the current carrying capacity.
طراحی سیستم مدیریت حرارتی: حذف خرابی حرارتی دستگاه های برق
راندمان تخلیه دستگاههای GaN در تقویتکنندههای توان بالا تنها 50% -65% است و 35% -50% مصرف برق به گرما تبدیل میشود که نیاز به ساخت کانالهای اتلاف حرارت چند سطحی دارد:
طرح اصلی اتلاف گرما: یک آرایه سوراخ حرارتی با چگالی بالا با قطر 0.2- 0.3 میلی متر در زیر پد حرارتی لوله برق چیده شده است، و سوراخ ها کاملاً فلزی شده اند تا مستقیماً گرما را به لایه مسی زمینی که سطح بالایی دارد و با کاهش مقاومت حرارتی بیش از 4 درصد، هدایت شود.
راه حل افزایش توان بالا: با استفاده از فناوری سکه مسی جاسازی شده، بلوکهای مسی خالص در محل نصب دستگاههای برق مدار چاپی تعبیه میشوند و گرما میتواند مستقیماً از طریق لایه دی الکتریک برای صادرات منتقل شود، مناسب برای سناریوهای با چگالی شار حرارتی فوقالعاده-بالاتر از 10W/cm².
بهینهسازی چیدمان: لولههای با قدرت گرمایش بالا را روی لبه PCB نزدیک سینک حرارت خارجی متمرکز کنید تا از غلظت نقطه داغ جلوگیری کنید. فویل مسی مسیر برق تا حدی پنجره ها را برای نمایان شدن مس باز می کند و مستقیماً از طریق گریس سیلیکونی رسانای حرارتی به ساختار اتلاف حرارت خارجی متصل می شود و مقاومت حرارتی رابط را بیشتر کاهش می دهد.
بهینه سازی ساختار الکترومغناطیسی: تضمین یکپارچگی و پایداری سیگنال
شبکه تطبیقی تقویتکنندههای توان بالا به شدت به نوسانات امپدانس حساس است و به طراحی ساختاری دقیقی برای سرکوب انعکاس سیگنال و خود تحریکی نیاز دارد.
کنترل امپدانس دقیق: تحمل امپدانس مشخصه 50 Ω در 5% ± کنترل میشود و خط میکرو نوار طول موج 1/4 از قبل با استفاده از نرمافزار شبیهسازی میدان الکترومغناطیسی (HFSS) مدلسازی و کالیبره میشود تا از تغییرات دما که باعث رانش Dk و آفست شبکه منطبق میشود، جلوگیری شود.
طراحی زمین و محافظ: با اتخاذ یک ساختار ساندویچی-«سیگنال زمین سیگنال» تخته چند لایه، یک صفحه زمین کامل و تقسیم نشده در زیر ناحیه هسته تقویت کننده قدرت تنظیم می شود. حصارهای فلزی در دو طرف مسیر سیگنال چیده شدهاند تا تداخل بین کانالهای تقویتکننده مختلف را جدا کرده و نوسانات برانگیختهشده ناشی از جفت انگلی را سرکوب کند.
بسته بندی و از طریق بهینه سازی: با توجه به نتایج شبیه سازی، سطح پد ترانزیستور قدرت را به حداقل برسانید تا ظرفیت انگلی کاهش یابد. سیگنال با سرعت بالا از سوراخ- از فناوری حفاری پشتی استفاده می کند تا ستون های مسی اضافی را حذف کند و از نقاط تشدید در باند فرکانس بالای 20 گیگاهرتز جلوگیری کند که ممکن است باعث فروپاشی بهره شود.
کنترل فرآیند دقیق: دستیابی به تولید انبوه با قابلیت اطمینان بالا
درمان سطح: فناوری رسوب نقره برای مسیرهای سیگنال با فرکانس بالا ترجیح داده میشود و از دست دادن رسانا به میزان 0.2 دسی بل در مقایسه با رسوب طلا/ اینچ@10 گیگاهرتز کاهش مییابد، در عین حال، از صافی لحیمهای لحیم کاری اطمینان حاصل کنید و از تجاوز از نرخ خالی جوشکاری دستگاههای پرقدرت{3} جلوگیری کنید.
دقت چند لایه: تحمل ضخامت لایه دی الکتریک را در ± 0.02 میلی متر به شدت کنترل کنید تا از ثبات امپدانس اطمینان حاصل کنید. صفحه پرس مخلوط PTFE و FR-4 برای جلوگیری از لایه برداری و انحراف ثابت دی الکتریک، فرآیند گرمایش و پرس پلکانی را اتخاذ می کند.
تأیید محیطی: برد تمام شده 100 چرخه دمایی از -40 درجه تا+85 درجه را پشت سر گذاشته است تا تأیید کند که نوسان توان خروجی تقویت کننده قدرت در دماهای مختلف کمتر از 0.5 دسی بل است و شرایط سخت کاری مانند ایستگاه های پایه در فضای باز و رادارهای سوار بر خودرو را برآورده می کند.