Attraverso la progettazione collaborativa della selezione dei materiali, dell'ottimizzazione della gestione termica, della progettazione della struttura elettromagnetica e del controllo di precisione del processo, le schede PCB ad alta-frequenza possono soddisfare sistematicamente i severi requisiti degli amplificatori ad alta-potenza RF e microonde, risolvendo i tre principali punti critici quali perdita di segnale, guasto termico e disadattamento di impedenza ad alta potenza.
Selezione del substrato principale: bilanciamento delle prestazioni RF e della conduttività termica
La contraddizione principale degli amplificatori ad alta-potenza è l'equilibrio tra bassa perdita di segnale ed elevata capacità di dissipazione del calore, ed è necessario selezionare le schede adatte di conseguenza
Scenari PA di piccola e media potenza: Rogers RO4350B con una conduttività termica di 0,69 W/m · K è preferibile, Dk@10GHz =3.48, Df@10GHz =0.0037, la conduttività termica è doppia rispetto a quella del normale FR-4 ed è compatibile con i processi di produzione PCB convenzionali, raggiungendo un equilibrio tra prestazioni e costi.
Scenario RF/microonde ad alta potenza: è stato selezionato RT/duroid 6035HTC, con una conduttività termica di 1,44 W/m · K, ovvero 2,4 volte quella dei materiali standard ad alta-frequenza. È progettato specificamente per amplificatori di potenza ad alta-densità di potenza e può esportare rapidamente il calore denso delle valvole di potenza GaN.
Scenario con modulo PA piccolo: utilizzando Rogers TMM10, Dk=9.20 può ridurre significativamente le dimensioni della rete di adattamento della lunghezza d'onda di 1/4, con una conduttività termica di 0,76 W/m · K, bilanciando i requisiti di miniaturizzazione e dissipazione del calore.
Selezione della lamina di rame: il percorso del segnale ad alta-frequenza utilizza una lamina di rame a profilo ultra-basso (HVLP, Rz<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.
Progettazione del sistema di gestione termica: eliminazione dei guasti termici dei dispositivi di alimentazione
L'efficienza di drenaggio dei dispositivi GaN negli amplificatori ad alta-potenza è solo del 50% -65% e il 35%-50% del consumo energetico viene convertito in calore, richiedendo la costruzione di canali di dissipazione del calore multilivello:
Schema di dissipazione del calore di base: una matrice di fori passanti- termici ad alta densità con un diametro di 0,2-0,3 mm è disposta sotto il cuscinetto termico del tubo di alimentazione e i fori sono completamente metallizzati per condurre direttamente il calore allo strato di rame di messa a terra ad ampia area inferiore, riducendo la resistenza termica di oltre il 40%.
Soluzione di potenziamento ad alta potenza: adottando la tecnologia delle monete in rame incorporate, i blocchi di rame puro sono incorporati nella posizione di installazione dei dispositivi di potenza PCB e il calore può essere trasmesso direttamente attraverso lo strato dielettrico per l'esportazione, adatto per scenari con densità di flusso di calore ultra-elevata superiore a 10 W/cm².
Ottimizzazione del layout: concentrare i tubi ad alto potere calorifico sul bordo del PCB vicino al dissipatore di calore esterno per evitare la concentrazione di punti caldi; La lamina di rame del percorso di alimentazione apre parzialmente le finestre per esporre il rame ed è direttamente collegata alla struttura di dissipazione del calore esterna tramite grasso siliconico termoconduttivo, riducendo ulteriormente la resistenza termica dell'interfaccia.
Ottimizzazione della struttura elettromagnetica: garantire l'integrità e la stabilità del segnale
La rete corrispondente di amplificatori ad alta-potenza è estremamente sensibile alle fluttuazioni di impedenza e richiede una progettazione strutturale precisa per sopprimere la riflessione del segnale e l'autoeccitazione
Controllo rigoroso dell'impedenza: la tolleranza dell'impedenza caratteristica di 50 Ω è controllata entro ± 5% e la linea della microstriscia da 1/4 di lunghezza d'onda è modellata e calibrata in anticipo utilizzando il software di simulazione del campo elettromagnetico (HFSS) per evitare variazioni di temperatura che causano deriva Dk e corrispondenza dell'offset di rete.
Progettazione di messa a terra e schermatura: adottando una struttura sandwich "segnale di massa" della scheda multi-strato, un piano di messa a terra completo e indiviso è posizionato sotto l'area centrale dell'amplificatore di potenza; Recinti metallici sono disposti su entrambi i lati del percorso del segnale per isolare la diafonia tra i diversi canali dell'amplificatore e sopprimere le oscillazioni autoeccitate causate dall'accoppiamento parassita.
Packaging e ottimizzazione: ridurre al minimo l'area del pad del transistor di potenza in base ai risultati della simulazione per ridurre la capacità parassita; Il-segnale ad alta velocità attraverso-il foro adotta la tecnologia di back drill per eliminare i pilastri di rame residui in eccesso ed evitare punti di risonanza nella banda di frequenza superiore a 20 GHz, che potrebbero causare un collasso del guadagno.
Controllo di processo di precisione: ottenere una produzione di massa ad alta affidabilità
Trattamento superficiale: la tecnologia di deposizione dell'argento è preferita per i percorsi del segnale ad alta-frequenza, riducendo la perdita del conduttore di 0,2 dB rispetto alla deposizione di oro/pollici a 10 GHz. Allo stesso tempo, assicurati la planarità dei cuscinetti di saldatura ed evita di superare il tasso di vuoto di saldatura dei dispositivi ad alta-potenza.
Precisione laminata: controllare rigorosamente la tolleranza dello spessore dello strato dielettrico entro ± 0,02 mm per garantire la coerenza dell'impedenza; La piastra di pressatura mista PTFE e FR-4 adotta un processo di riscaldamento e pressatura a gradini per evitare la delaminazione e la deviazione della costante dielettrica.
Verifica ambientale: la scheda finita è stata sottoposta a 100 cicli di temperatura da -40 gradi a+85 gradi per verificare che la fluttuazione della potenza in uscita dell'amplificatore di potenza sia inferiore a 0,5 dB a diverse temperature, soddisfacendo i requisiti di condizioni di lavoro difficili come stazioni base esterne e radar montati su veicoli.