PCB設(shè)計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。 這些器件用于對來自天線或系統(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)計和加工功率分配器/合成器/耦合器時，了解 PCB 材料的性能如何影響這些器件的最終性能會很有幫助。 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)的實際需要而定。 許多不同的定向耦合器和其他類型的耦合器近年來也取得了長足的進(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)計中選擇合適的PCB材料將有助于它們實現(xiàn)最佳性能。

這些不同的電路類型將損害設(shè)計的結(jié)構(gòu)和性能，以幫助設(shè)計人員為不同的應(yīng)用選擇板。 威爾金森兩路功率分配器通過單個輸入信號提供幅度和相位相等的兩路輸出信號。 事實上，它是一個“無損”電路，旨在提供比原始信號小3dB（或原始信號的一半）的輸出信號（功分器每個端口的輸出功率隨著功率分配器的增加而減?。?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比原始信號小6dB。電阻功率分配器每個支路中添加的阻抗增加了損耗，但也增加了兩個信號之間的隔離度。

與許多電路設(shè)計一樣，介電常數(shù)（Dk）一般是選擇不同PCB材料的出發(fā)點，功率分配器/功率合成器設(shè)計者一般傾向于使用高介電常數(shù)（Dk）的電路材料，因為這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)的電路存在一個問題，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，也很難得到阻抗均勻的傳輸線。

保持阻抗不變性對于實現(xiàn)功率分配器/合成器的特性非常重要。介電常數(shù)（阻抗）的變化會導(dǎo)致電磁能量和功率分布不均勻。 幸運的是，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。 這些材料具有相對較高的介電常數(shù)值9.8，并且在三個坐標(biāo)軸方向上保持在9.8+/-0.245（在10GHz測量）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量。 對于介電常數(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）以內(nèi)。

當(dāng)然，在設(shè)計功率分配器/功率合成器和耦合器時，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)計功率分配器/組合器或耦合器電路時，最小化插入損耗通常是一個重要目標(biāo)。 理想情況下，雙向威爾金森功率分配器可以為兩個輸出端口提供 - 3dB 或輸入電磁能量的一半。 事實上，每個功率分配器/合成器（和耦合器）電路都會有一定的插入損耗，這通常取決于頻率（當(dāng)頻率增加時，損耗也增加）。 因此，對于功率分配器/合成器的設(shè)計，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源高頻器件中，插入損耗實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仔細(xì)的電路設(shè)計來控制，并且它們也可能取決于PCB材料的特性，并且可以通過合理選擇PCB材料來最小化。 阻抗失配（即駐波比損耗）會造成損耗，但可以通過選擇介電常數(shù)恒定的PCB材料來降低損耗。

最小化損耗對于設(shè)計高功率值的功率分配器/合路器和耦合器至關(guān)重要，因為在高功率下，損耗將轉(zhuǎn)化為熱量并耗散在器件和 PCB 材料中，而熱量會影響材料的介電常數(shù)（和阻抗值）。

總之，在設(shè)計和加工高頻功率分配器/合路器和耦合器時，應(yīng)根據(jù)許多不同的關(guān)鍵材料特性來選擇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。 針對特定應(yīng)用選擇 PCB 材料將有助于成功設(shè)計高頻功率分配器/合成器或耦合器。         ----PCB組裝、PCB設(shè)計和PCB加工廠家講解了PCB設(shè)計中如何選擇功率分配器和耦合器的PCB材料。